基于磁阻传感器的车载组合导航系统

论文摘要

随着城市车辆的急剧增长和道路交通状况的拥挤,以全球定位系统(GPS)定位技术为主的车载导航技术得到了飞速发展。但是在城市高楼区、立交桥、隧道等特殊地段,GPS的定位信息常常中断或者定位精度大大降低。为了满足车载导航系统对精度和连续性的要求,采取辅助手段来补偿GPS定位的缺陷。本文在比较了航位推算、惯性导航系统、GPS定位导航系统的优缺点基础上,确定了基于磁阻传感器的GPS/DR车载组合导航的系统方案。采用了卡尔曼滤波为核心算法的数据融合,来提高组合导航系统的定位精度和可靠性。本论文以C8051F020系统芯片为核心的硬件系统,主要硬件模块包括磁阻传感器、陀螺仪的信号产生和信号调理电路、里程计信号转换电路、A/D转换电路、串口通信和电源模块等。在完成硬件系统的基础上,进行了软件系统的编程和调试。为了验证基于磁阻传感器的车载组合导航系统性能,进行了系统仿真。对仿真结果进行分析,验证了组合导航系统的定位精度和可靠性比单一的导航系统有所提高和改善。最后,论文对所做的工作进行了总结,并对下一步工作提出了具体的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源和研究背景
• 1.2 车载导航发展的历史及现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 车辆组合导航技术研究
• 2.1 车载定位导航技术
• 2.1.1 车载定位导航技术概述
• 2.1.2 车载组合导航方案的确定
• 2.1.3 车辆航向角的测量原理
• 2.1.4 磁阻传感器的介绍
• 2.2 GPS的介绍
• 2.2.1 GPS的组成
• 2.2.2 GPS定位的基本原理
• 2.3 航位推算原理及特点
• 2.4 地理坐标转换
• 2.5 数据融合方案的设计
• 2.5.1 数据融合方式概述
• 2.5.2 卡尔曼滤波介绍
• 2.5.3 离散卡尔曼滤波递推方程
• 2.5.4 GPS/DR联邦滤波器设计
• 2.5.5 系统自适应联邦卡尔曼滤波模型
• 2.5.6 组合卡尔曼滤波权系数的确定
• 3 车载组合导航系统的硬件设计
• 3.1 系统设计方案概述
• 3.2 磁阻传感器
• 3.2.1 磁阻传感器的选择
• 3.2.2 磁阻传感器输出电路
• 3.2.3 置位/复位电路
• 3.3 其他电路模块
• 3.3.1 陀螺仪
• 3.3.2 里程计
• 3.3.3 GPS接收机模块
• 3.4 信号处理电路模块
• 3.4.1 运算放大器
• 3.4.2 A/D转换的分辩率
• 3.5 系统芯片（单片机）
• 3.5.1 C8051F单片机概述
• 3.5.2 优先权交叉开关译码器
• 3.5.3 12位数模转换器（ADC0）
• 3.5.4 串口通信
• 3.6 电源模块的介绍
• 4 车载导航系统的软件设计
• 4.1 软件工具的介绍
• 4.2 微控制器初始化
• 4.3 数据处理
• 5 系统仿真及系统误差分析
• 5.1 系统仿真
• 5.2 系统误差分析和补偿
• 5.2.1 测量航向角的模块
• 5.2.2 其他模块的误差分析
• 6 论文总结和展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录