智能航标灯系统及其基于差分法的GPS定位算法研究

论文摘要

随着我国水路运输系统的迅速发展，内河航道、航运规模变得越来越大，航标灯是安全航运保障系统中重要的组成部分，为船只安全航行提供了保障，保证航标灯正确可靠的工作是航道监管的首要前提。构建一个能对航道航标进行远程监控和管理的智能航标监控系统对于提高助航的准确性、安全性和管理部门的工作效率具有极其重要的意义。本文基于目前我国航标灯的管理维护方式，结合航标灯的特殊工作特性与复杂恶劣的工作环境，在深入研究了卫星定位技术、无线通信技术、微电子技术的基础上，提出了完整的智能航标灯无线遥测遥控监控系统，并且就GPS定位技术的误差等方面进行了分析，就定位方式提出了改进模型，并通过实验方式进行了验证。依据航标灯无线监控系统的各项功能要求，提出完整的系统方案，确定具体的硬件设计和软件设计方案，给出具体的功能模块的实现方式，主控单元选用ARM单片机lpc2136模块对系统各项功能进行调度和控制。详细分析了GPS定位系统的原理、特点及应用，采用GPS定位模块实现对航标终端的定位。详细对比了现有的通讯方式，鉴于成本和稳定性等各方面的考虑，选用GPRS无线通信方式作为本文监控终端与遥测中心的通信方式。介绍了差分GPS的定位原理及分类，分析了位置差分、伪距差分等的工作原理和方法，比较了各自的定位精度、优缺点及使用范围等。详细地对影响测量精度的误差源做了分析，并结合当前背景下对差分技术的限制和费用等各方面情况，最后采用自设计的伪距差分GPS方案改进所设计系统的定位精度，提出改进模型并通过实验来检验改进模型的精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 航标灯的国内外发展现状
• 1.2.2 GPS 技术的发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容和组织结构
• 第二章 智能航标灯总体设计方案
• 2.1 系统总体设计
• 2.1.1 系统总体结构设计
• 2.1.2 系统总体功能
• 2.2 智能航标终端的系统硬件结构设计
• 2.2.1 系统控制器
• 2.2.2 GPS 定位模块/GPRS 无线通讯模块
• 2.2.3 电流检测模块
• 2.2.4 加速度传感器
• 2.2.5 外围电路设计
• 2.3 智能航标灯软件设计
• 第三章 基于差分技术的 GPS 定位系统及误差分析
• 3.1 GPS 卫星定位系统
• 3.1.1 卫星定位系统
• 3.1.2 GPS 卫星定位系统及其应用
• 3.2 差分 GPS 原理
• 3.2.1 GPS 伪距测量
• 3.2.2 差分 GPS
• 3.3 差分 GPS 分类
• 3.3.1 位置差分
• 3.3.2 伪距差分
• 3.3.3 载波相位 GPS
• 3.4 GPS 定位误差
• 3.4.1 卫星误差
• 3.4.2 传播误差
• 3.4.3 接收误差
• 第四章 差分 GPS 定位方案设计
• 4.1 本文所设计的改正方案
• 4.1.1 差分 GPS 方式的选择
• 4.1.2 GPS 伪距相对定位差分系统
• 4.2 GPS 中的 NEMA-0183 协议
• 4.3 GPRS 无线通讯
• 4.3.1 GPRS 通讯原理与应用
• 4.3.2 GPRS 特点及在远程监控系统中的优势
• 4.3.3 AT 指令
• 第五章 实验结果及其分析
• 5.1 基准站的测量
• 5.2 基准站的差分改正值对流动站的修正
• 5.3 实验结果分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文