基于STM32的车载航位推算导航系统设计

摘要

随着城市交通道路系统的日益复杂，人们对车辆定位精度的要求也越来越高。全球定位系统（Global Position System简称GPS）是随着现代科学技术的迅速发展而建立的新一代精密卫星定位系统。GPS由于其全球性、全天候以及连续实时三维定位等特点，已经在军事和民用事业领域方面得到了广泛的发展。传统的车辆导航系统主要采用GPS技术对车辆进行定位。在车载的导航使用中，常常会因为遭遇到环境上的遮蔽因素而造成导航工作无法正常运作，从而定位精度大大降低。在高楼林立的巷道中，收信状况往往极差，当行进隧道中时，更是完全没有信号可用，这时可以运用航位推算技术（Dead Reckoning简称DR）作为暂时的导航工具。航位推算技术具有较强的独立性，同GPS定位技术形成了较强的互补，在短时间内，DR的正确性相当高，甚至可以高于GPS，但随着使用时间的增加，DR的误差累积效应会越来越大，导航的精确度就会大幅下降，这时必须回归到GPS系统来找出绝对的位置，才能再次使用DR。DR和GPS是相辅相成的车载导航系统，但目前商品化的产品仍然不多，主要的瓶颈在于DR传感器的准确度和成本，以及与导航系统整合的算法开发方面。
　　本文采用航位推算技术对车辆导航系统进行研究，设计了一个基于STM32的车载导航定位系统。主要内容如下。
　　1.首先概括介绍了几种主要的导航系统以及其优缺点，又给出了国内外导航系统的发展现状，阐述了论文研究的意义。
　　2.针对车载航位推算导航系统，本文研究了该系统的硬件平台搭建和软件平台的设计，主要是对各个传感器数据的采集和处理。
　　3.航位推算技术是本论文的精髓所在，它可以通过自身集成的惯性传感器计算出汽车的速度和位置信息，从而在GPS信号出现失锁和多径效应时，提高定位精度。本文研究了由加速度计和陀螺仪组成的导航系统。
　　4.滤波是是抑制和防止干扰的一项重要措施，本文给出了卡尔曼滤波技术的理论算法，并做了大量的仿真。从仿真结果得知，卡尔曼滤波可以提高系统的精度，克服了纯惯导系统误差随时间累积的缺点。并对车载航位推算导航系统，进行了标准卡尔曼滤波算法的推导。
　　5.跑车测试，证明了车载导航定位系统采用航位推算技术的可靠性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 导航系统简介

1．1．1 惯性导航系统

1．1．2 卫星导航系统

1．1．3 多普勒导航系统

1．1．4 无线电导航系统

1．2 国内外发展状况

1．2．1 国外发展状况

1．2．2 国内发展现状

1．3 本文研究的目的意义

1．4 本文研究的内容

1．5 本章小结

2 航位推算导航系统的硬件开发平台的设计

2．1 航位推算导航系统硬件平台搭建

2．1．1 STM32系列开发板

2．1．2 三轴加速器计

2．1．3 陀螺仪

2．2 传感器数据的读取

2．3 硬件系统的调试

2．4 本章小结

3 航位推算导航系统的软件开发平台的设计

3．1 IAR Embedded Workbench IDE编译环境

3．2 Microsoft Visual Studio

3．3 SSCOM32串口调试软件

3．4 调试界面实现

3．5 系统软件设计

3．6 本章小结

4 航位推算导航系统算法的研究

4．1 航位推算技术(Dead Reckoning)

4．1．1 航位推算技术简介

4．1．2 航位推算技术应用

4．2 航位推算技术的误差分析

4．2．1 加速度计误差分析

4．2．2 陀螺仪误差分析

4．2．3 算法误差分析

4．3 航位推算技术误差处理

4．3．1 数据融合技术

4．3．2 数字滤波技术

4．4 本章小结

5 卡尔曼滤波算法研究与应用

5．1 卡尔曼滤波技术简介

5．1．1 卡尔曼滤波技术思想

5．1．2 卡尔曼滤波技术应用

5．2 卡尔曼滤波算法

5．2．1 随机线性的数学模型

5．2．2 卡尔曼滤波方程

5．2．3 滤波算法结构图和流程图

5．2．4 滤波算法的简单应用

5．3 扩展卡尔曼滤波

5．3．1 随机非线性离散系统的数学模型

5．3．2 非线性系统的线性化

5．3．3 扩展卡尔曼滤波方程

5．3．4 滤波算法结构图和流程图

5．4 滤波算法在航位推算中的应用

5．4．1 航位推算技术建模

5．4．2 仿真结果

5．5 实验与分析

5．5．1 实验过程

5．5．2 结果分析

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 后续工作展望

参考文献

作者简历

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