GPS/DR组合定位系统中滤波算法的研究

摘要

车辆定位技术是智能交通系统的关键技术之一。全球定位系统GPS(Global Position System)具有良好的长期误差特性，较差的短时误差特性；而航位推算DR(Dead Reckoning)系统却具有好的短期精度，差的长期精度，GPS/DR组合定位系统能够充分发挥各自的优势，是目前国际、国内车辆定位系统研究的重点和热点。 GPS/DR组合定位系统通过数据融合可提供高精度、高可靠的定位数据。本文在分析GPS和DR两种定位技术的基础上，确定了采用最优滤波理论的联合卡尔曼滤波算法实现GPS/DR组合系统中的数据融合。为提高系统的定位精度和容错能力，提出用GPS的输出反映定位精度(PDOP)设计信息分配系数的自适应联合卡尔曼滤波算法和基于Unsent卡尔曼滤波器的改进联合卡尔曼滤波算法。仿真结果表明，改进算法可显著提高系统的定位精度。 针对组合定位技术要求成本低、体积小、高可靠性的特点，提出以DSP和单片机相结合的双处理器的GPS/DR组合定位系统设计方案，采用TMS320VC5410定点型DSP作为组合定位系统的主处理器，进行组合定位数据滤波处理，选择AT89C52单片机作为数据采集处理器采集DR和GPS的定位信息。详细论述系统的设计思想、各组成部分的构成和功能，完成组合定位系统的硬件和软件设计。对设计中关键技术进行详细的分析，在硬件设计方面，利用单片机的串行口实现GPS与单片机的数据传输，通过信号调理电路采集DR的信号，单片机与DSP的通信通过HPI-8并口连接方式来实现；在软件设计方面，各种数据的接收、发送及算法程序均采用中断方式，使系统程序紧凑、高效。 论文从工程应用角度，主要研究GPS/DR组合定位的多传感器数据算法，实现系统的综合设计，其成果为实现工程应用奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2车辆定位技术及发展现状

1.3论文的主要研究内容与组织安排

1.3.1论文的主要研究内容

1.3.2论文的组织结构

第2章GPS/DR组合定位技术的理论基础

2.1 GPS全球定位系统

2.1.1 GPS系统的组成

2.1.2 GPS系统的定位原理

2.1.3 GPS系统定位的误差分析

2.2航位推算(DR)系统

2.2.1 DR系统的定位原理

2.2.2 DR系统的组成

2.2.3 DR系统的误差分析

2.3 GPS/DR组合定位技术概述

2.4本章小结

第3章GPS/DR组合定位系统中滤波算法的研究

3.1联合卡尔曼滤波器算法原理

3.2 GPS/DR组合定位系统的联合卡尔曼滤波器设计

3.2.1 GPS/DR组合定位系统的联合卡尔曼滤波器的基本结构

3.2.2 GPS子滤波器的设计

3.2.3 DR子滤波器的设计

3.2.4 GPS/DR全局滤波器的设计

3.3基于Unsent卡尔曼滤波的联合卡尔曼滤波器设计

3.3.1 Unsent卡尔曼滤波

3.3.2基于Unsent卡尔曼滤波的联合卡尔曼滤波器设计

3.4 GPS/DR组合定位系统滤波算法仿真分析

3.4.1联合卡尔曼滤波组合定位与GPS单独定位仿真分析

3.4.2联合卡尔曼滤波与集中卡尔曼滤波算法仿真分析

3.4.3 FUKF算法与FKF算法仿真分析

3.5本章小结

第4章基于DSP的GPS/DR组合定位系统的设计

4.1数字信号处理器概述

4.1.1数字信号处理器的发展与分类

4.1.2 TMS320系列DSP芯片基本特点

4.1.3以DSP芯片为核心系统设计流程

4.2系统的总体结构设计

4.3组合定位系统的硬件设计

4.3.1 DR子系统的硬件电路设计

4.3.2 GPS接收机及其接口电路的设计

4.3.3单片机及外围电路的设计

4.3.4 DSP数据处理模块设计

4.3.5单片机与DSP之间的通信连接

4.4数据采集部分的软件设计

4.4.1 GPS信息的提取和接收程序设计

4.4.2单片机采集数据的程序设计

4.4.3坐标转换的软件设计

4.5数据处理部分的程序设计

4.5.1 DSP数据处理程序设计

4.5.2联合卡尔曼滤波算法的程序设计

4.6本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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