论文摘要
随着经济和科技的发展,在民用方面,现代交通的发展对车载导航设备产生了巨大的市场需求,在军用方面,大纵深、高速度和多军兵种联合作战的现代高科技局部战争也要求各军兵种的地面作战武器具有导航定位功能以便与其他作战单位协同。全球卫星定位系统/捷联惯性导航系统（Global Positioning System/Strapdown Inertial Navigation System, GPS/SINS）组合导航实现了二者的优势互补,是一种非常具有发展前景的车辆导航定位系统。本文提出并研究了易于工程实现的低成本、中等精度的GPS/SINS车载组合导航系统方案,并结合实验室现有条件进行了软硬件实现。本文首先分别阐述了捷联惯性导航、GPS和GPS/SINS组合导航的基本原理,研究了不同的组合模式和各自的优缺点,介绍了NMEA 0183协议的格式和GPS定位信息的解析的方法。然后在此基础上,结合卡尔曼滤波器的理论知识,设计了一套适合本系统的联邦卡尔曼滤波算法,并在MATLAB软件中对该算法进行了仿真,验证了算法的可行性和有效性。本文的主要工作是设计实现了GPS/SINS组合导航的嵌入式硬件和软件系统。硬件系统以符合PC104工业总线标准的HCM-PV6810工业控制计算机为核心,设计了组合导航硬件系统的电源电路和多用连接器电路,开发了基于ARM处理器LPC2103的SINS数据采集和处理模块的电源电路、晶振电路、ⅡC电路、AD转换电路、JTAG调试接口电路和UART电路等。软件系统以微软的Windows CE 6.0嵌入式操作系统为核心,定制了基于HCM-PV6810硬件平台的Windows CE 6.0嵌入式操作系统的BSP和启动加载系统,定制、编译生成了Windows CE 6.0操作系统映像并下载到了硬件平台,设计了图形用户界面、串口通信程序和编程实现了GPS定位信息的解析。最后调试了组合导航的硬件系统并测试了SINS数据采集和处理电路。总之,本文在详细的理论研究的基础上,设计了基于GPS/SINS组合的车载导航系统,并验证了理论的有效性和可行性,设计了组合导航系统的软硬件系统,基本上达到了设计的预期,具有很好的实用性。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 课题的研究背景及意义1.2 组合导航系统的发展及现状1.3 嵌入式系统的发展及现状1.4 论文的主要工作及内容安排第2章 组合导航系统的原理概述2.1 捷联惯性导航的基本原理2.1.1 捷联惯性导航系统概述2.1.2 常用坐标系2.1.3 捷联惯性导航系统工作原理2.1.4 捷联惯性导航系统力学编排2.2 GPS系统简介2.2.1 GPS系统的构成2.2.2 NMEA 0183协议2.2.3 GPS定位信息的解析2.3 GPS/SINS组合导航系统原理2.3.1 GPS/SINS组合模式2.3.2 GPS/SINS组合校正方式2.4 本章小结第3章 组合导航算法研究3.1 引言3.2 联邦卡尔曼滤波理论3.2.1 联邦卡尔曼滤波原理3.2.2 联邦卡尔曼滤波算法3.2.3 联邦滤波器性能讨论3.3 GPS/SINS组合导航系统联邦滤波器设计3.3.1 SINS系统误差模型3.3.2 SINS状态方程及其离散化3.3.3 GPS/SINS组合导航系统模型3.3.4 联邦卡尔曼滤波器设计3.4 GPS/SINS组合导航算法仿真3.5 本章小结第4章 组合导航硬件系统设计4.1 组合导航硬件系统概述4.2 PC104工业控制计算机4.2.1 PC104总线标准概述4.2.2 HCM-PV6810工控计算机4.2.3 电源电路设计4.2.4 多用连接器转换电路板设计4.3 GPS接收机模块4.4 SINS数据采集和处理模块4.4.1 LPC2103微控制器4.4.2 模块电源电路2C接口电路'>4.4.3 LPC2103最小系统和I2C接口电路4.4.4 AD转换电路4.4.5 JTAG调试接口4.4.6 UART电路4.4.7 SINS数据采集和处理模块实物图4.5 本章小结第5章 组合导航软件系统设计5.1 Windows CE 6.0嵌入式操作系统简介5.2 Windows CE系统开发概述5.2.1 Windows CE操作系统开发内容、工具5.2.2 HCM-PV6810的启动加载系统开发5.2.3 Windows CE 6.0操作系统的定制5.2.4 下载并运行操作系统5.3 图形用户界面开发5.4 串口通信程序开发5.5 GPS定位信息解析的编程实现5.5.1 Windows CE 6.0操作系统的GPSID组件5.5.2 应用GPSID实现Windows CE和GPS模块的通信5.6 组合导航算法在Windows CE系统中的实现5.7 本章小结第6章 组合导航系统集成测试6.1 引言6.2 硬件调试6.3 SINS数据采集和处理模块测试6.3.1 静态误差分析6.3.2 动态误差分析6.4 系统集成调试6.5 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
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