基于导航定位的汽车防盗系统设计

论文摘要

随着车载GPS技术的快速发展,车主已不仅仅满足于依靠GPS单独导航定位,加入更多低成本的定位传感器越来越受到车主的青睐,组合导航技术也成为现阶段研究的热点。同时针对拖车和整车搬运的偷车手段,车主可以通过GSM通信实时了解自己车辆的位置,有利于对车辆的追回,因此设计一个新型兼顾导航定位与防盗功能的系统,具有很实际的应用意义。本文以GPS技术,航位推算技术和GSM通信技术为依托,设计了导航定位与防盗系统,利用GPS和航位推算对车辆进行综合定位,通过GSM实现车主手机和主控制器之间的通信。首先,阐述了车载导航定位技术的发展现状,单一定位技术的优缺点及误差来源,给出了GPS/DR组合定位的方式和定位数据融合的方法；通过分析车辆的运动规律,给出了车辆的“当前加速度”统计模型,建立了系统状态方程和观测方程,设计了卡尔曼滤波器,并阐述了数据融合算法中的信息分配原则和数据同步方法。其次,基于系统的导航定位和防盗的模式,设计了系统总体的硬件结构,包括主控制器FPGA最小系统的电路设计、GPS模块的设计、地磁模块和里程计的接口电路设计以及GSM模块的设计,构建了SOPC系统的总体结构,给出了系统中FPGA部分的详细开发流程；在系统硬件平台上进行了系统软件的开发,设计了各个硬件模块的数据处理程序、数据运算程序、无线通信程序等。最后,在完成系统硬件平台的搭建和软件开发的基础上,在实验小车上进行相关的实验,对系统的定位性能和稳定性能进行了测试。将采集到的GPS和DR信息进行数据提取处理,分别送入各自对应的滤波器进行滤波,再将两者的信息融合处理,以得到更加精确的定位信息；通过MATLAB处理得到的图形显示,组合定位确实比单独定位得到的定位信息更加精确,滤波效果明显。同时做了手机短信息报警的稳定性实验,通过发送和接受定位信息来测试系统的稳定性,实验过程中发送了多种报警信息内容和定位数据,没有出现一次误码的情况并且能够快速收发信息,表明系统的报警部分具有很好的稳定性和信息的及时有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 车载导航定位技术及发展现状
• 1.3 汽车防盗的发展现状
• 1.4 论文的主要内容及章节安排
• 第2章 GPS/DR定位原理和GSM简介
• 2.1 GPS全球定位系统
• 2.1.1 GPS的组成
• 2.1.2 GPS基本定位原理
• 2.1.3 GPS测量误差分类
• 2.2 车辆航位推算
• 2.2.1 DR的基本原理
• 2.2.2 车辆航位推算常用的传感器
• 2.2.3 DR系统中各传感器性能比较与选型
• 2.3 GSM技术简介
• 2.4 本章小结
• 第3章 GPS/DR组合定位的数据融合算法
• 3.1 卡尔曼滤波
• 3.1.1 卡尔曼滤波基本方程
• 3.1.2 联邦卡尔曼滤波
• 3.2 GPS/DR组合定位系统方程的建立
• 3.2.1 GPS/DR组合定位系统状态方程的建立
• 3.2.2 GPS/DR组合定位系统观测方程的建立
• 3.2.3 系统观测方程的的线性化
• 3.3 GPS/DR组合定位系统的滤波器设计
• 3.3.1 GPS/DR组合定位系统的滤波器结构
• 3.3.2 GPS和DR的数据同步
• 3.3.3 信息分配方法的设计
• 3.3.4 GPS/DR组合定位系统的仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统的硬件设计
• 4.1 系统总体结构
• 4.2 FPGA最小系统设计
• 4.2.1 主控芯片的选择
• 4.2.2 FPGA的电源电路设计
• 4.2.3 外部RAM电路
• 4.2.4 FPGA的配置电路
• 4.3 GPS定位模块
• 4.3.1 GPS模块的选择
• 4.3.2 GPS定位信息的数据格式
• 4.3.3 GPS定位信息的坐标转换
• 4.4 地磁测向模块
• 4.4.1 地磁传感器
• 4.4.2 航向角的误差补偿
• 4.5 里程计测距模块
• 4.6 GSM模块设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统的软件设计及测试
• 5.1 系统总体设计
• 5.1.1 SOPC总体构建
• 5.1.2 Nios Ⅱ处理器
• 5.2 软件的设计与实现
• 5.2.1 系统总体软件框图
• 5.2.2 GPS的数据接收程序设计
• 5.2.3 地磁信号的数据采集程序设计
• 5.2.4 DR系统的软件设计
• 5.2.5 GSM无线通信的软件设计
• 5.3 系统测试
• 5.3.1 系统定位性能测试
• 5.3.2 发送短信息实验
• 5.3.3 接收短信息实验
• 5.4 本章小结
• 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