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模块化数字式气压高度表的研制和GPS双星定位方案预研

作　者: 党玮
导　师: 黄圣国
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 卫星导航 全球定位系统 北斗双星导航定位系统 无源定位 数字式气压高度表
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


卫星导航的基本作用是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息。卫星导航定位技术目前已基本取代了天文测量等其它定位技术,成为人类活动中普遍采用的导航定位技术。目前广泛使用的的全球定位系统 GPS 作为卫星导航系统的先驱者,有着优越的导航定位性能,是今后可持续发展的重要因素。然而在一些特殊场合,由于天线被地形或人为的结构遮挡,GPS 的可见星少于 4 颗时,GPS 将降低定位精度甚至失效。我国的北斗双星导航定位系统具有空间卫星少,用户终端简单等特点,只用两颗卫星实现定位。但北斗双星系统的有源定位方式,使它在用户容量、隐蔽性和兼容性等方面受到限制。实现无源定位必然是今后研究和发展的方向。基于以上原因,本文对 GPS 双星定位的可行性进行预研,设计了一个双星定位方案,研究两颗 GPS 卫星和带有精密时钟的 GPS 接收机,以及自制的气压高度表实现三维定位的可行性和其能达到的精度。本文从模块化数字式气压高度表的研制开始,到双星定位系统组成和方案的介绍以及仿真软件的实现方法和系统误差分析。气压高度表的设计特点是放弃了传统的真空膜盒,采用压阻式气压传感器将大气压力转换成电信号。运用 C8051F 单片机及 UART、SPI 等通信技术,实现了高度表的模块化、小型化和智能化误差补偿。双星定位实验表明,气压高度表的精度对双星定位精度有较大的影响,导致定位误差较大,若能提高气压高度表的精度,系统的定位将有效提高,定位误差为在 60 米范围内。

全文目录


第一章 绪论  8-14
  1.1 GPS系统概述  8-11
    1.1.1 GPS概况和意义  8-9
    1.1.2 GPS系统的组成和定位原理  9-10
    1.1.3 GPS定位方式  10-11
  1.2 北斗双星导航定位系统概述  11-12
  1.3 课题的目的和意义  12-13
  1.4 论文的主要内容  13-14
第二章 模块化数字式气压高度表  14-41
  2.1 引言  14
  2.2 数字式气压高度表的工作原理  14-18
    2.2.1 仪表的工作原理  14-16
    2.2.2 固态气压压力传感器  16-17
    2.2.3 仪表的原理框图  17-18
  2.3 数字式气压高度表的硬件设计  18-29
    2.3.1 仪表的硬件总体框图  18-19
    2.3.2 仪表主要芯片介绍  19-22
    2.3.3 仪表主要功能模块的设计  22-29
  2.4 数字式气压高度表的软件设计  29-38
    2.4.1 仪表软件总体框图  29-30
    2.4.2 软件开发语言及编程环境  30-31
    2.4.3 仪表主要程序的设计  31-38
  2.5 实验与数据分析  38-40
  2.6 本章小结  40-41
第三章 GPS双星定位系统及其原理  41-61
  3.1 引言  41
  3.2 全球定位系统GPS的定位原理  41-42
  3.3 GPS双星定位原理及系统组成  42-47
    3.3.1 GPS双星定位算法  42-44
    3.3.2 GPS双星定位系统组成  44-45
    3.3.3 系统观测方程的建立  45-46
    3.3.4 系统观测方程的解算  46-47
  3.4 观测参数的确定与获取  47-55
    3.4.1 GPS用户接收机和导航电文  47-49
    3.4.2 GPS导航电文的分离与使用  49-52
    3.4.3 GPS时间概念与钟差的获得  52-55
  3.5 GPS卫星空间位置的确定  55-60
    3.5.1 GPS卫星的参考坐标系  55-56
    3.5.2 开普勒轨道和星历数据  56-57
    3.5.3 卫星星历数据的获得  57
    3.5.4 卫星ECEF位置矢量的计算  57-59
    3.5.5 经纬度、高度坐标和ECEF坐标的相互转换  59-60
  3.6 本章小结  60-61
第四章 GPS双星定位仿真软件的设计  61-68
  4.1 引言  61
  4.2 仿真软件的介绍  61-63
  4.3 C++与MATLAB交互的实现  63-67
    4.3.1 软件基础  63-64
    4.3.2 MATCOM的实现方法和编程技巧  64-65
    4.3.3 MATLAB引擎的实现方法  65-66
    4.3.4 GPS可见星分布图的实现  66-67
  4.4 串口通信与多线程编程  67-68
第五章 定位数据与误差分析  68-73
  5.1 实验数据分析  68-70
  5.2 定位误差分析  70-73
第六章 全文总结与展望  73-75
  6.1 本文所作的主要工作  73-74
  6.2 后续研究工作展望  74-75
致谢  75-76
在校期间的学术成果  76-77
参考文献  77-78
附录1 数字式气压高度表的印制电路板图  78-79
附录2 数字式气压高度表的键盘外观  79

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统（GPS）
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