航标监控及GPS高精度定位方法研究

摘要

航标布设在海区、沿岸及江河的水域，是用来标示航道宽度、走向及水上水下障碍物的重要助航标志。传统的航标管理模式是靠人工的定时轮询，不但耗时而且需要大量的人力。随着近代通讯技术、计算机技术的快速发展，航标的管理也日益趋于数字化。但是，目前航标监控系统存在定位精度低、系统运行可靠性不高等问题。因此，设计一个系统运行可靠、定位精度高的航标监控系统迫在眉睫。
　　本文介绍了数字化航标监控系统的研究现状，分析航标监控系统的功能需求，根据系统通讯、定位、参数检测等功能要求，给出了一套航标监控终端设计。监控终端以ARM单片机LPC2136为核心，采用GPRS通讯方式，定位方式选择GPS，实现了航标监控系统的数字化终端。终端具备灯器工作指令发送、灯器工作状态查询，蓄电池充电电流、电压和终端工作电流电压检测，航标卫星定位等功能。
　　针对目前航标监控系统定位误差大的问题，讨论了航标定位误差产生的因素，给出了提高GPS定位精度来降低系统定位误差的方法。在分析研究影响GPS定位精度相关因素的基础上，得出通过多基站差分定位方式提高定位精度的方法。在对多基站差分定位改正数融合算法研究的基础上，通过实验获得了基于距离的线性内插融合算法伪距改正数系数。实验验证了此算法能有效地提高GPS定位精度，减少航标定位误差。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景与意义

1.1.1 课题的背景

1.1.2 课题研究的意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 航标监控国外现状

1.2.2 航标系统国内现状

1.3 研究目的与主要内容

第二章 系统总体设计

2.1 系统的功能需求

2.2 终端系统的结构设计

2.3 终端关键器件的选取

2.4 定位方式的选择

2.4.1 陆基无线电导航系统

2.4.2 蜂窝网无线电定位系统

2.4.3 全球定位系统

2.5 系统通讯方式的选择

2.5.1 VHF无线电台通讯方式

2.5.2 自建通讯系统方式

2.5.3 GPRS移动通讯系统

2.6 本章小结

第三章 航标监控系统终端软硬件设计

3.1 航标监控系统终端设计原理

3.2 航标监控终端硬件设计

3.2.1 电源

3.2.2 主控板

3.2.2 检测控制模块

3.3 航标监控系统软件架构

3.3.1 航标监控系统软件

3.3.2 航标灯状态采集中断处理程序

3.3.3 监控中心命令中断处理程序

3.3.4 GPS数据采集中断处理程序

3.3.5 定时器中断处理程序

3.4 本章小结

第四章 航标监控系统中GPS定位方法

4.1 航标偏移分析

4.2 GPS定位精度相关误差

4.2.1 与卫星有关的误差

4.2.2 与信号传播有关的误差

4.2.3 与接收设备有关的误差

4.3 GPS定位方法

4.3.1 GPS静态定位

4.3.2 GPS动态定位

4.4 本章小结

第五章 航标GPS高精度定位方法及实验分析

5.1 改正数融合模型

5.1.1 偏导算法

5.1.2 线性内插法

5.1.3 曲面模型法

5.1.4 基于距离线性内插模型法

5.1.5 算法比较

5.2 定位数据优化

5.2.1 程序判断滤波

5.2.2 算术平均滤波

5.2.3 一阶滞后滤波

5.2.4 复合滤波

5.3 实验过程分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 尚待解决的问题

参考文献

攻读硕士学位期间发布的论文