基于MEMS的GPS/DR车载组合导航系统及联合Kalman滤波器的设计

论文题目: 基于MEMS的GPS/DR车载组合导航系统及联合Kalman滤波器的设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 刘素

导师: 刘鲁源

关键词: 车载组合导航,元件,联合滤波器,信息分配

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着汽车的普及,交通拥挤日益严重,车辆导航和定位技术越来越受到人们的普遍关注。GPS/DR(全球定位系统/航位推算)车载组合导航系统不仅克服了单一使用GPS时诸如在遮蔽物遮挡的情况下无法正常定位等固有欠缺,而且两者相互取长补短,提高了整个系统的定位精度和可靠性,是一种性价比较高的车载组合导航方案。本文中设计了一种新型的基于MEMS元件的GPS/DR车载组合导航系统,它以GPS、MEMS加速度计、MEMS陀螺仪、电子指南针为传感器,ARM9为系统的中央处理器,具有体积小、功耗低、性价比高、精度高等优点。本文首先对新型方案进行了可行性分析,结果表明新型的基于MEMS元件的GPS/DR组合导航系统精度完全满足系统要求,并且能很好的克服传统的基于里程计的GPS/DR组合导航方案的诸多缺点,降低系统的体积和功耗。然后介绍了整个系统的硬件设计思想,给出了系统的总体构架,基于模块化结构设计了ARM9的最小系统及导航系统的外围电路,提供了每一部分详细的硬件原理图,并对每一部分的静态性能进行了测试,测试结果与实际相符,偏差在系统要求范围内。最后建立了适合本系统的联合Kalman滤波器模型,提出了基于动态比较的信息分配系数确定算法,并进行仿真实验,保证了组合导航系统具有较高的精度和良好的动态性能。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 GPS 导航概述

1.2 组合导航概述

1.3 传统GPS/DR 组合导航概述

1.4 新型GPS/DR 组合导航系统的硬件特点

1.5 新型GPS/DR 组合导航的数据融合算法

1.6 论文的主要研究内容

第二章 DR 系统的可行性分析

2.1 DR（航位推算）简介

2.2 传统的GPS/DR 车载组合导航系统

2.2.1 距离传感器

2.2.2 角速度传感器

2.3 基于MEMS 元件的新型GPS/DR 组合导航系统

2.3.1 MEMS 加速度计的精度要求

2.3.2 角速度传感器的分析

2.3.3 A/D 转换器的分析

2.3.4 DR 系统的误差计算

2.3.5 器件的选型

2.3.6 核心控制器的选择

2.4 小结

第三章 GPS/DR 车载组合导航系统的硬件设计

3.1 系统总体结构图

3.2 核心控制器AT91RM9200

3.3 核心层的硬件设计

3.3.1 晶振电路

3.3.2 存储器扩展

3.3.3 DBGU（USART）接口

3.3.4 JTAG 接口

3.4 外围设备的硬件设计

3.4.1 总线驱动

3.4.2 A/D 转换器

3.4.3 液晶显示及键盘电路

3.4.4 GPS 电路设计

3.4.5 加速度计

3.4.6 陀螺仪

3.4.7 电子指南针

3.4.8 系统误差分析

3.5 小结

第四章 联合 Kalman 滤波器设计

4.1 联合Kalman 滤波器的结构

4.2 局部滤波器设计

4.2.1 系统状态方程

4.2.2 DR 局部滤波器设计

4.2.3 GPS 局部滤波器设计

4.2.4 自适应算法

4.3 主滤波器设计与信息权值分配

4.3.1 主滤波器的滤波过程

4.3.2 信息分配系数确定法则和基于动态整定的信息分配算法

4.4 小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

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