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实用车载GPS/DR组合导航系统研究

作　者: 汪辉
导　师: 王昌明
学　校: 南京理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: GPS 船位推算 里程计 组合导航 卡尔曼滤波 无线装订 电子罗盘
分类号: TN967.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要


目前,伴随着导航技术的逐渐成熟,社会的各个领域对导航系统都有着巨大的需求,组合导航技术已成为主要发展趋势,因此对车载组合导航系统的研究具有重要意义。本文从经济和实用的角度上考虑,选用GPS接收机、里程计和电子罗盘构建了车载GPS/DR组合导航系统。为完成高精度的导航,对系统的各关键部分进行了深入的研究。首先,通过试验对多种GPS接收机进行单点定位性能测试,选取了经济实用的车载导航GPS接收机。针对一般车辆里程计精度不高难以满足船位推算导航需求的情况,综合分析了车身环境对传感器的各种干扰,应用专门的滤波处理电路来提高里程计的抗干扰能力,完成了精度较高的车辆导航里程计的设计。然后,详细论述了电子罗盘的工作原理及误差来源,给出了电子罗盘的误差模型,通过试验对电子罗盘进行标定并采用最小二乘法对其误差进行补偿,得到了较好的补偿效果。此外,为方便实际应用中对目标信息的设定,设计了无线装订器来完成信息的传递。根据系统的实际情况,建立了组合导航系统的数学模型,并将卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波技术应用到导航系统中。通过仿真分析表明,卡尔曼滤波能够有效地提高导航系统精度；但相比于经典卡尔曼滤波,扩展卡尔曼滤波技术更适用于处理非线性的导航系统。最后,对组合导航系统进行跑车试验,验证了系统的稳定性和可靠性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 本课题的研究背景及意义  7
  1.2 车辆导航定位系统概述  7-12
    1.2.1 车辆导航定位系统的发展历史  7-9
    1.2.2 常见的导航定位技术  9-11
    1.2.3 常见的组合导航方式  11-12
  1.3 论文的研究内容和组织结构  12-13
2 基本导航原理  13-20
  2.1 GPS导航  13-15
    2.1.1 伪距测量定位  13-14
    2.1.2 伪距测量定位的主要误差  14-15
  2.2 船位推算导航  15-16
    2.2.1 船位推算原理  15-16
    2.2.2 船位推算误差分析  16
  2.3 导航系统所需要的坐标转化  16-19
    2.3.1 坐标系的定义  16-18
    2.3.2 坐标系的转换  18-19
  2.4 本章小结  19-20
3 组合导航系统设计与关键器件研究  20-45
  3.1 系统总体方案设计  20-21
  3.2 导航计算机  21-22
  3.3 GPS模块  22-24
  3.4 电子罗盘  24-31
    3.4.1 电子罗盘的工作原理  24-26
    3.4.2 电子罗盘的误差分析  26-27
    3.4.3 电子罗盘的选型及接口  27-29
    3.4.4 电子罗盘误差补偿技术  29-31
  3.5 里程计  31-37
    3.5.1 里程计硬件设计  32-33
    3.5.2 传感器结构  33
    3.5.3 里程计滤波处理电路  33-35
    3.5.4 里程计信号处理电路  35-36
    3.5.5 里程计刻度因子的标定  36-37
  3.6 无线装订器的设计  37-42
    3.6.1 无线装订器总体设计方案  38-39
    3.6.2 无线装订器硬件电路设计  39-40
    3.6.3 无线装订器软件设计  40-42
  3.7 电源模块设计  42
  3.8 液晶显示模块  42-44
  3.9 本章小结  44-45
4 组合导航系统软件设计  45-65
  4.1 导航信息预处理  45-47
    4.1.1 野值处理  45-46
    4.1.2 信息同步  46-47
  4.2 卡尔曼滤波  47-52
    4.2.1 卡尔曼滤波基本方程  47-50
    4.2.2 有色噪声条件下的卡尔曼滤波  50-52
  4.3 扩展卡尔曼滤波  52-56
    4.3.1 被估计的信号  52-53
    4.3.2 扩展卡尔曼滤波算法  53-56
  4.4 组合导航系统模型的建立  56-62
    4.4.1 车辆运动模型  56-58
    4.4.2 GPS/DR组合导航系统状态方程的建立  58-60
    4.4.3 GPS/DR组合导航系统观测方程的建立  60-62
  4.5 仿真分析  62-64
  4.6 本章小节  64-65
5 试验  65-71
  5.1 GPS静态性能测试  65-69
  5.2 组合导航系统整体性能验证  69-71
6 总结  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
硕士期间发表的论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 各种体制的导航系统 > 复合导航系统
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