GPS测量数据后处理方法研究

论文摘要

本课题来源于天津市科委科技支撑计划重点基金项目（09ZCGYSF00300）《车速安全实时监测系统计量溯源校准标准的研究》。随着我国经济社会的快速发展,道路安全状况不容乐观,如何进行交通流量控制和车辆速度限制已经成为天津市交通监管实时监测系统的重要内容,而交通流量控制和车辆速度限制需要实时检测车速,实时检测车速的计量校准和量值溯源需要建立车速实时监测计量溯源校准标准。为实现天津城市交通的现代化和可持续发展的远大目标,研究建立车速检测计量标准具有重大意义。GPS （Global Positioning System）是迄今为止最完善的精密卫星导航定位系统。GPS在定位与测速过程中,受到各种误差源的影响,使得定位与测速的精度受到很大影响,GPS接收机内部会通过一些软硬件方式补偿信号传输过程中的影响,但这种方式只能够补偿一部分误差,且用户无法干预,所谓对数据进行后处理就是通过计算机对所得数据进行各种方式处理得到高精度的结果。本文的工作主要包括：（1）对GPS基本原理和卡尔曼滤波原理进行了深入研究,重点研究了GPS接收机的NMEA-0183协议格式以及如何设置Lassen（?）iQ GPS接收机模块,为实验奠定了理论基础。（2）设计了静态定位实验,静态定位时,在所选的时间天气状况很好,且天线周围空旷开阔,可能对定位精度产生不利影响的误差源均很小的情况下,实测定位精度在基准点lm的范围内波动。经过卡尔曼滤波后,C/A码Lassen（?）iQ GPS接收机的定位精度到了0.1m精度提高了一个数量级。（3）模拟了汽车运动的动态过程,动态仿真过程中,经过卡尔曼滤波处理,所得的轨迹已经基本可以反映汽车真实的运动轨迹；X方向滤波误差均值与标准差曲线开始时误差较大,随着观测时间的增加,误差逐渐减小；与X方向的估计误差均值相比,Y方向的估计误差均值波动较大,这是由于在Y方向上有速度分量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 GPS卫星定位系统及卡尔曼滤波原理
• 2.1 GPS系统的组成
• 2.1.1 空间星座部分
• 2.1.2 地面监控部分
• 2.1.3 用户接收部分
• 2.2 GPS卫星信号
• 2.3 GPS卫星定位原理
• 2.4 GPS测量的误差源
• 2.4.1 卫星误差
• 2.4.2 信号传播误差
• 2.4.3 接收误差
• 2.4.4 其他误差
• 2.5 传统卡尔曼滤波
• 2.6 离散卡尔曼滤波
• 2.6.1 离散卡尔曼滤波的基本方程
• 2.6.2 滤波初值的选取
• 2.7 本章小结
• 第三章 Lassen（?）iQ GPS接收机模块
• 3.1 NMEA-0183协议说明
• 3.1.1 NMEA-0183标准协议
• 3.1.2 Trimble NMEA协议
• 3.2 GPS模块端口的设置方法
• 3.2.1 软件设置
• 3.2.2 输出设置
• 3.2.3 通信格式设置
• 3.2.4 保存端口设置
• 3.3 本章小结
• 第四章 GPS静态定位实验数据后处理及动态仿真
• 4.1 GPS静态定位实验
• 4.1.1 总体方案
• 4.1.2 计算机与GPS模块通讯
• 4.1.3 NMEA-0183协议格式化
• 4.1.4 点云分布特征
• 4.2 定位数据后处理
• 4.3 机动目标卡尔曼滤波仿真
• 4.3.1 机动目标卡尔曼滤波仿真模型建立
• 4.3.2 机动目标卡尔曼滤波仿真滤波初始化
• 4.3.3 机动目标卡尔曼滤波仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢