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基于GPS/INS高精度导航技术的研究

作　者: 曹光磊
导　师: 徐克宝
学　校: 山东科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: GPS导航惯性单元组合导航导航算法多信息融合
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 233次
引　用: 2次
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内容摘要

随着汽车工业的日益壮大,车辆定位系统已经成为一种新兴的项目且市场规模正在迅速扩大。目前有多种组合导航系统,本文主要研究GPS和INS的组合导航系统。惯性导航系统(INS)可连续提供信息,短时间精度高,但是定位误差随时间积累。GPS系统长期稳定性好,但易受到干扰,数据更新频率低。根据这两个系统的特点,将INS中的惯性单元和GPS构成组合导航系统,该系统拥有很好的导航精度,在实际工程中得到了广泛应用。本文介绍了GPS和INS的基本原理和组成,主要研究了GPS和惯性单元组合导航定位系统。运用多信息融合理论设计两级融合:第一级采用惯性单元中的加速度计结合电子罗盘进行短时间的定位导航;第二级结合GPS定位系统特点与惯性单元组合导航。本文设计采用工程上易于实现的位置、速度合方式,采用反馈校正的方法,设计多个处理器分别处理分系统数据,最后通过主处理器处理,提高系统了响应速度。本文采用卡尔曼滤波及拓展算法进行数据处理,通过仿真图形对比,对系统存在的误差进行分析处理,进一步提高该组合导航定位系统的精度。为了满足现代高性能导航系统高精度和低成本的双重要求,该组合导系统是一种较好的解决方案。本文的研究目的是在低成本的前提下提高导航系统的靠性和定位精度,文中还提出该组合系统的扩展功能。根据实验数据进行仿真,对实验结果进行比较并经过实践得知本设计系统有较高的稳定性和精确度,本文设计的组合导航系统具有实际应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-18
  1.1 选题依据及研究意义  11-14
  1.2 GPS/INS系统的发展概况  14-15
  1.3 组合导航中多传感器信息融合技术的发展概况  15-17
  1.4 研究内容及论文组织  17-18
2 GPS/INS导航定位系统的总体方案研究  18-23
  2.1 组合导航系统分类  18-21
  2.2 GPS/INS组合系统总体框架  21-23
3 GPS/INS导航定位系统的硬件设计  23-47
  3.1 系统的总体方案设计  23
  3.2 处理器设计  23-27
  3.3 GPS模块设计  27-30
  3.4 惯性单元设计  30-33
  3.5 电子罗盘选取  33-35
  3.6 液晶显示设计  35-37
  3.7 基本外围电路设计  37-42
  3.8 uClinux在S3C2410A上的移植  42-47
4 惯性单元信息融合  47-64
  4.1 惯性单元信息融合模型选取及设计  47-49
  4.2 惯性单元融合算法  49-51
  4.3 时变测量方差阵R的估计算法  51-55
  4.4 航向角的确定  55-57
  4.5 惯性单元数据融合处理与仿真  57-60
  4.6 坐标系的转换  60-64
5 GPS/INS组合导航系统融合  64-89
  5.1 系统数据处理总体方案设计  64-65
  5.2 GPS/INS组合导航系统组合方式  65-67
  5.3 卡尔曼滤波原理及应用  67-71
  5.4 联邦卡尔曼滤波  71-76
  5.5 组合导航系统状态方程和量测方程  76-78
  5.6 联邦滤波在组合导航中的应用  78-85
  5.7 GPS/INS异步数据的融合  85-89
6 组合系统的误差分析与处理  89-95
  6.1 系统的误差来源  89-90
  6.2 加速度计的误差问题研究  90-92
  6.3 GPS导航定位误差  92-95
7 地图匹配技术  95-98
  7.1 电子地图匹配  95-96
  7.2 地图匹配技术修正  96-97
  7.3 电子地图缩放  97-98
8 总结与展望  98-99
致谢  99-100
参考文献  100-103
硕士期间主要成果  103-104
附录  104

基于GPS/INS高精度导航技术的研究

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