车载组合导航系统的卡尔曼滤波器设计

摘要

全球定位系统(GPS)具有定位精度高，但容易出现卫星信号遮挡问题而导致信号失效的特点。航位推算具有短时定位精度高，但误差随时间累积的特点。为了降低成本，提高系统定位精度，使系统能实时连续的获得参数，本文提出了车载GPS/航位推算组合导航的设计方案。 本文研究了全球定位系统和航位推算系统的原理，分别对GPS子系统、航位推算子系统和GPS/航位推算组合导航系统进行建模，并离散化。选用GPS接收机，方向传感器电子罗盘和距离传感器轮解码器进行数据的采集。分析比较残差检验法、数据变化率检验法和模糊逻辑检验法，通过仿真实验，确定用模糊逻辑检验法对采集的数据进行预处理。通过运动载体的“当前”加速度统计模型和本文建立的系统模型，推导出GPS子系统、航位推算子系统和GPS/航位推算组合系统的卡尔曼滤波方程。通过三个子系统的仿真实验，分析得出：系统滤波后比滤波前误差更小、曲线更平滑。GPS/航位推算组合导航系统比单独的GPS子系统、航位推算子系统性能更好、精度更高。 本文研究及实验结果表明，车载GPS/航位推算组合导航系统比单独的GPS子系统、航位推算子系统误差更小精度更高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1车辆导航的研究背景和发展现状

1.2车辆导航定位技术

1.3车辆导航的研究意义

1.4论文的主要研究工作

第2章组合导航系统原理及建模

2.1 GPS子系统原理及建模

2.1.1 GPS定位原理

2.1.2 GPS子系统建模

2.2 DR子系统原理及建模

2.2.1 DR定位原理

2.2.2 DR子系统建模

2.3 GPS/DR组合系统原理及建模

2.3.1 GPS/DR组合定位原理

2.3.2车载GPS/DR组合导航系统原理图

2.3.3 GPS/DR组合系统建模

第3章数据分析与处理

3.1 GPS信号的采集与处理

3.1.1 GPS信号的数据采集

3.1.2 GPS信号的数据处理

3.2电子罗盘的使用与信号处理

3.2.1电子罗盘的使用

3.2.2电子罗盘的信号处理

3.3轮解码器脉冲信号的采集

第4章卡尔曼滤波器的实现

4.1随机线性离散系统的Kalman滤波

4.1.1动态方程

4.1.2卡尔曼滤波算法

4.1.3卡尔曼滤波器分析

4.1.4卡尔曼滤波器计算

4.2扩展Kalman滤波

4.2.1扩展Kalman产生原因

4.2.2扩展Kalman滤波方程

4.3系统的Kalman滤波方程

4.3.1 GPS系统的Kalman滤波方程

4.3.2DR系统的扩展Kalman滤波方程

4.3.3 GPS/DR组合系统的扩展Kalman滤波方程

第5章系统的仿真与实现

5.1 GPS子系统的仿真

5.2 DR子系统的仿真

5.3 GPS/DR组合系统的仿真

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