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基于组合导航的高速公路全程监控系统

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第1章绪论

1.1 高速公路全程监控背景及意义

1.2 高速公路监控系统国内外现状

1.3 课题研究内容及相关技术分析

1.4 本文工作目的和主要研究工作

第2章系统整体设计及原理分析

2.1 系统需求分析

2.2 系统组合定位方式选择

2.2.1 组合导航发展现状

2.2.2 INS/GPS组合定位

2.3 系统技术方案及组成

2.3.1 系统总体技术方案

2.3.2 系统硬件结构及组成

2.3.3 系统软件设计平台

2.4 系统工作原理分析

2.4.1 系统工作过程分析

2.4.2 监控车辆身份标识

2.4.3 车辆违章处理方法

2.5 系统关键技术及优势分析

2.5.1 系统关键技术分析

2.5.2 系统优越性分析

2.6 本章小结

第3章 车载端INS/GPS组合系统建模

3.1 惯性导航系统基本原理

3.1.1 惯性导航的基本原理

3.1.2 捷联式惯性导航系统

3.2 GPS导航的基本原理

3.2.1 GPS系统的构成

3.2.2 GPS定位与测速原理

3.3 INS/GPS组合模式的选择

3.3.1 INS/GPS组合导航模式

3.3.2 位置、速度组合模式

3.4 组合导航系统误差模型的建立

3.4.1 平台误差角方程

3.4.2 速度误差方程

3.4.3 位置误差方程

3.4.4 惯性仪表误差方程

3.4.5 GPS接收机误差

3.5 组合导航系统状态方程和观测方程

3.5.1 组合导航系统的状态方程

3.5.2 组合导航系统的量测方程

3.5.3 系统方程的离散化

3.6 本章小结

第4章 车载端数据通信及INS/GPS组合数据采集

4.1 车载端CAN-bus虚拟串口网络的构建

4.1.1 CAN-bus网络通信的优势

4.1.2 基于CAN-bus网络的虚拟串口

4.1.3 CAN-bus网络虚拟串口的建立

4.1.4 虚拟串口服务器的配置

4.1.5 CAN232MB转换器的配置

4.1.6 虚拟串口网络通信测试

4.2 MATLAB实现串行通信的软件设计

4.2.1 MATLAB串口通信技术

4.2.2 MATLAB串行通信软件设计

4.3 INS与GPS测量单元及其数据采集

4.3.1 XW IMU惯性测量单元

4.3.2 MagellanGPS315接收机

4.3.3 INS与GPS数据采集

4.4 INS与GPS数据有效性分析及处理

4.4.1 数据有效性分析的必要性及方法

4.4.2 模糊信息处理技术及其应用分析

4.4.3 基于模糊理论的数据有效性判断

4.5 INS与GPS数据同步处理技术

4.5.1 数据同步问题的基本描述

4.5.2 INS与GPS组合数据同步技术

4.6 本章小结

第5章车载端组合卡尔曼滤波器设计及系统仿真

5.1 卡尔曼滤波技术及其应用

5.1.1 卡尔曼滤波技术

5.1.2 卡尔曼滤波在组合导航中的应用

5.2 常规卡尔曼滤波算法

5.2.1 离散系统的数学描述

5.2.2 离散卡尔曼滤波方程

5.3 联合卡尔曼滤波算法

5.3.1 联合卡尔曼滤波器结构

5.3.2 联合滤波基本算法描述

5.4 INS/GPS联合卡尔曼滤波器设计

5.4.1 INS/GPS联合滤波简化结构

5.4.2 INS/GPS联合卡尔曼滤波器设计

5.5 车载端组合导航系统MATLAB仿真

5.5.1 组合系统MATLAB仿真曲线

5.5.2 组合系统MATLAB仿真结果分析

5.6 本章小结

第6章 全程监控系统GPRS通信的实现

6.1 GPRS移动通信技术

6.1.1 GPRS移动通信系统概述

6.1.2 GPRS移动通信原理

6.1.3 GPRS移动通信特点

6.2 全程监控系统通信结构及原理

6.2.1 全程监控系统通信结构

6.2.2 IP网络中跨网关通信原理

6.2.3 GPRS模块与局域网内主机通信原理

6.3 车载端GPRS模块及其设置

6.3.1 ZWG-22A GPRS无线模块

6.3.2 ZWG-22A模块通信设置

6.4 监控中心通信设置及验证

6.4.1 监控中心硬件通信设置

6.4.2 监控中心软件设计思想

6.4.3 系统GPRS通信测试

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录

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摘要

本文首先详细论述了系统总体技术方案、硬件组成及软件开发平台,并对系统工作原理、关键技术等进行了分析说明。在此基础上,本文主要针对以下四方面做了比较深入的研究工作:1.车载端INS/GPS组合导航系统数学模型的建立,准确建立了组合导航系统的状态方程和观测方程;2.车载端数据通信系统开发及数据采集,开发了车载端CAN-bus虚拟串口网络,在此基础上进行了INS与GPS数据采集,对所采集数据的有效性及同步性进行了分析处理;3.组合数据融合处理算法设计及仿真研究,在原有滤波算法的基础上设计了使组合数据进一步融合处理的卡尔曼滤波器并进行了MATLAB仿真研究;4.车载端与监控端通信设计及验证,分析了系统GPRS通信结构及原理,对车载端及监控端硬件进行了通信设置,提出了监控中心软件设计思想,并根据样机验证了全程监控系统系统的GPRS通信。 系统仿真及通讯实验表明,本文所设计的系统切实可行,达到了设计要求和目的。该系统不仅具有定车、定位、测速、定时的功能,而且使监控中心真正做到了实时、连续、全程的监测,因而具有很强的优越性。

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