运载工具导航系统及其信息融合技术

摘要

中国在进入WTO以后,经济飞速发展.近几年来,汽车产量和游艇产量都几乎是在以几何级数增长.伴随着这两个行业的发展,为了实现和改善对交通工具的监控和管理,实现交通工具的定位,对导航系统提供了广阔的发展空间、提出了更新更高的要求.基于这样的背景,我们研究了各种相关技术,开发了一套集GPS、GIS、数据采集、数据融合技术于一体的交通导航系统.导航系统是科学技术发展到一定高度的产物.它的发展与空间定位技术(GPS)、地理信息系统技术(GIS)、数据融合技术、计算机技术和电子技术的快速发展是紧密相关的.该文采用的系统采用了最新的磁阻传感器,实现GPS/磁阻传感器、速度计DR组合导航技术.作者自行开发了实现该系统所需的辅助电路及其软件编程.该文通过对国内外导航系统的发展和应用状况的调查和分析,研究探讨了各种导航系统及相关技术,其中主要是数据融合技术.该文首先给出了导航系统的系统结构及动能模块,接着讨论了系统的数据结构与数据组织及获取,然后重点研究了导航系统的一些重要问题的解决方法,其中包括基于MAPX组件技术的GIS系统平台应用和卡尔曼滤波算法及其编程等的实现.单纯的GPS导航是目前市场上流行的导航方式.由于受GPS技术本身的限制,有一些无法克服的缺点.通过磁阻传感器的应用,在成本提高不大的条件下,该文系统的导航精度提高了一个等级,由GPS最佳情况的15米误差提高到了现在的5米左右.效果明显.在技术上,该文除了运用卡尔曼滤波技术进行数据融合以外,还开发了串行多任务数据采集系统;通过指针型变量的参数传递,实现运用DELPHI语言调用VC++6.0语言编写的动态链接库(DLL)文件,方便地实现了多种语言的混合编程.

目录

文摘

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第一章：绪论

1.1运载工具导航系统开发背景及意义

1.2国内外导航系统发展的现状

1.2.1国内现有产品情况

1.2.2国外公司及国外产品状况

1.3国内外市场前景

1.4本课题主要研究工作

1.4.1理论简介

1.4.2创新点

1.5本章小结

第二章：综合导航与信息融合理论

2.1常用的导航定位技术简介

2.1.1全球定位系统(GPS)

2.1.2惯性导航系统(INS)

2.1.3航位推算系统(DR)

2.1.4地图匹配(MM)

2.1.5地面无线电频率定位(TRF)

2.2 GPS定位方法

2.2.1GPS系统的组成

2.2.2GPS的卫星信号构成

2.2.3GPS定位的原理

2.2.4GPS数据的误差分析及其误差来源

2.3磁阻传感器

2.3.1HMC1022简介

2.3.2 A/D转换及MAX144的应用

2.3.3 HMC1022与89C52的接口

2.3.4 TDCM3-体积最小的二维数字罗盘模块

2.4组合导航简介

2.5信息融合技术

2.5.1信息与数据

2.5.2地理信息与地理数据

2.5.3信息融合

2.6本章小结

第三章：系统总体结构

3.1系统功能介绍

3.1.1系统功能

3.1.2软件使用简介

3.1.3软件安装简介

3.2系统总体结构模块

3.3扩展电路板设计

3.3.1硬件设计目标

3.3.2硬件设计的原则

3.3.3电路原理图设计

3.3.4硬件电路具体实现

3.3.5 PCB印刷电路图设计

3.4地理信息平台的选择

3.5航班查询系统介绍

3.5.1数据库的建立规则

3.5.2查询表样本

3.6本章小结

第四章：系统原始数据的采集与处理

4.1 GPS数据的处理

4.1.1GARMINGPS25LP接收机简介

4.1.2 NMEA0183数据格式

4.2磁阻传感器数据处理

4.3速度、里程仪脉冲信号的采集

4.4串行多任务分时数据采集系统

4.4.1硬件系统

4.4.2软件实现

4.4.3 Delphi编程

4.5本章小结

第五章：卡尔曼滤波技术

5.1滤波与维纳滤波

5.1.1滤波

5.1.2维纳滤波

5.2卡尔曼滤波

5.2.1估计问题

5.2.2卡尔曼滤波

5.3离散型卡尔曼滤波基本方程

5.4一般系统动态模型

5.4.1系统模型的离散化

5.4.2系统模型的线性化

5.5本章小结

第六章：系统开发及应用效果

6.1 GPS/DR组合导航系统的组成

6.2大地坐标与高斯坐标转换程序

6.2.1椭球体、基准面及地图投影

6.2.2 GIS中基准面的定义与转换

6.2.3 GIS中地图投影的定义

6.2.4经纬度转换为高斯坐标公式。

6.2.5高斯坐标转换为经纬度公式。

6.3以推算导航为主体的动态模型

6.3.1利用数据压缩算法计算速度值

6.3.2推算导航DR(Deduced Reckoning/Dead Reckoning)

6.3.3航位推算的常用术语

6.3.4围绕估计值展开的线性化模型。

6.4卡尔曼滤波程序设计

6.4.1程序设计要点

6.4.2 DELPHI调用VC++编写的动态链接库程序

6.5 GPS/DR组合导航系统的信息融合试验

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢