基于u-blox GPS模块的定位方法研究

摘要

随着A-GPS定位技术的发展，低成本定位芯片在手机、平板电脑和车载导航等便携式载体上广泛的使用，具有广阔的应用前景。但低成本导航模块的定位性能远不如测量型接收机，具体表现为观测噪声较大、定位精度较差、稳定性不高。本文以u-blox NEO M8T导航模块为研究对象，利用伪距观测值、载波相位观测值、多普勒频移观测值和信噪比，从降低观测值噪声和抑制测量粗差的角度入手展开研究，主要内容如下：
　　1、研究了UBX协议中原始观测数据的编码规则，完成了观测值文件和导航电文文件的解码。分析了u-blox NEO M8T模块的原始定位精度、搜星数量和信号质量，结合模块的性价比、灵敏度和首次定位所需时间等指标系统评价了u-blox模块的性能。
　　2、分析了高度角、信噪比与观测值质量的关系，设计了基于信噪比值的快速选星方法，研究了不同定权随机模型对定位精度的影响。实验结果显示：采用信噪比-高度角组合随机模型的定权方法能够更好的抑制观测噪声和测量粗差；与仅利用高度角随机模型和信噪比随机模型定权的方法相比，内符合精度与外符合精度均有较大程度上的提升。
　　3、分析了多普勒频移观测值与载波相位观测值的测量精度，设定了合理的平滑时长，利用多普勒频移观测值代替载波相位差分量平滑伪距，解决了载波相位观测值在复杂环境下易发生周跳与相位平滑伪距过程中电离层延迟变化量逐渐积累这一问题。实验结果表明：多普勒频移观测值的测量精度可达到厘米级，稳定性较高；利用多普勒平滑伪距定位，可在选星与定权的基础上进一步提高u-blox模块的定位精度与稳定性，其动态定位精度在N/E/U方向分别提高了28.6%、9.1%和4.6%。

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摘 要

Abstract

Contents

1 绪论

1.1 问题的提出及研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 民用GNSS芯片研制现状

1.2.2 室外定位技术研究现状

1.3 本文的主要研究内容及章节安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 章节安排

2 GPS定位原理与常用数据协议

2.1 GPS观测值及观测模型

2.1.1 伪距观测值

2.1.2 载波相位测量值

2.1.3 多普勒频移观测值

2.1.4 信噪比

2.2 GPS定位原理

2.3 GPS定位常用数据格式

2.3.1 RINEX协议

2.3.2 NMEA-0183协议

3 U-blox模块原始数据解码与定位精度分析

3.1 U-blox模块数据获取

3.1.1 $GNGGA语句的提取

3.1.2 UBX协议原始数据解码

3.2 U-blox模块精度测试方案

3.2.1 数据采集实验平台模拟图

3.2.2 模块精度测试试验设计

3.3 U-blox模块定位精度与信号质量分析

3.3.1 定位精度分析

3.3.2 信号质量分析

3.3.3 U-blox模块性能评价

3.4 本章小结

4 U-blox模块选星与定权

4.1 基于信噪比的快速选星方法

4.2 信噪比-高度角组合随机模型

4.3 实验及分析

4.3.1 静态实验

4.3.2 动态实验

4.4 本章小结

5 U-blox模块多普勒平滑伪距

5.1 多普勒平滑伪距原理

5.2 多普勒与载波相位测量精度分析

5.3 平滑时长的设定

5.4 实验及分析

5.4.1 静态实验

5.4.2 动态实验

5.5 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间从事的科学研究与发表论文情况

致谢