GPS接收机导航解算方法优化设计与实现

论文摘要

本文以卫星导航定位系统为应用背景,着重研究了导航解算过程中提高解算速度和解算精度的优化设计方法。本文首先介绍了导航解算优化设计的应用背景和研究发展现状,各个模块组成及其处理流程,并给出了课题研究方法的原则。接着对导航解算中电文解析、卫星位置速度钟差(PVT)解算、高动态测速、解算输出四个方面,分析各个模块的经典方法的不足或有待改进之处,提出各个解算模块的优化设计方案,给出理论分析,并实际使用GPS接收机进行测试验证。电文解析的优化设计,根据GPS导航电文的一般格式,提出了有效校验位的思想,按照电文的有效校验位快速判断信息是否为最新,从而判决是否进行处理,以减少冗余计算;卫星PVT解算的优化设计,按照拉格朗日插值公式,提出了利用插值实时解算卫星PVT的方案,并进一步考虑定点处理器的应用,修改插值计算公式,以适合定点计算的需要;高动态测速的优化设计,介绍经典Kalman滤波测速方法,分析高动态应用背景下滤波模型选择的依据,并提出结合最小二乘(RLS)方法对滤波方法辅助以提高测速精度的方案,最后提出一种动态调整滤波参数的改进方法;解算输出的优化设计,提出了一种当硬件资源不足时,利用插值适当增大解算时延换取更高频度解算输出结果的方法,并考虑了异常输入时的应对和插值方案初始参数设定。最后是结束语,从实验所用的GPS接收机的整机性能改善对本文所提优化设计方案进行评估总结。结束语部分总结全文工作成果,提出下一步工作的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 GPS 导航解算方法的研究发展现状
• 1.3 本文研究的主要准则和方法
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 利用有效校验优化电文解析
• 2.1 概述
• 2.2 经典方法分析
• 2.3 优化设计方案
• 2.3.1 电文数据帧格式
• 2.3.2 电文校验处理思想
• 2.3.3 分类别处理策略
• 2.4 设计方案性能分析
• 2.4.1 减少冗余处理
• 2.4.2 可扩展应用
• 2.4.3 容错性
• 2.5 测试与分析
• 2.5.1 测试环境与内容
• 2.5.2 测试方法
• 2.5.3 测试结果与分析
• 第三章 基于定点与插值方法卫星PVT 快速解算
• 3.1 概述
• 3.2 经典方法分析
• 3.3 优化设计方案
• 3.3.1 拉格朗日插值算法
• 3.3.2 实时处理策略
• 3.3.3 针对定点处理器的改进
• 3.4 设计方案优势分析
• 3.4.1 解算速度提高
• 3.4.2 容错性
• 3.5 测试与分析
• 3.5.1 测试环境与内容
• 3.5.2 测试方法
• 3.5.3 测试结果与分析
• 第四章 高动态条件下Kalman 滤波测速应用
• 4.1 概述
• 4.2 经典方法分析
• 4.3 优化设计方案
• 4.3.1 模型选择
• 4.3.2 RLS 辅助提高精度
• 4.3.3 滤波参数的动态调整
• 4.4 设计方案优势分析
• 4.4.1 测速精度提高
• 4.4.2 容错性
• 4.5 测试与分析
• 4.5.1 测试环境与内容
• 4.5.2 测试方法
• 4.5.3 测试结果与分析
• 第五章 插值方法实现任意频度输出控制
• 5.1 概述
• 5.2 经典方法分析
• 5.3 优化设计方案
• 5.3.1 对齐任意时刻的可调频度输出
• 5.3.2 异常输入的解算
• 5.3.3 初始参数的设定
• 5.3.4 设计方案应用的局限性
• 5.4 设计方案优势分析
• 5.4.1 对齐任意时刻输出频度可调
• 5.4.2 容错性
• 5.5 测试与分析
• 5.5.1 测试环境与内容
• 5.5.2 测试方法
• 5.5.3 测试结果与分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果