基于Windows CE的车载GPS/DR组合导航系统研究

论文摘要

车载GPS/DR(全球定位系统/航位推算)组合导航系统是一种性能较好的车载组合导航方案,它不仅可以克服单一使用GPS时信号易被遮挡无法正常定位的缺点,而且使GPS与DR两种导航方法相互取长补短,提高了整个系统的定位精度和可靠性。论文论述了车载导航系统的重要性和我国车载导航的发展现状,分别分析了GPS和DR导航的基本原理、导航电文的组成和导航电文的解算方法,针对传统的航位推算(DR)采用陀螺仪等惯性元件提供信号的特点,提出了软件陀螺的基本思想,改进了传统的联合卡尔曼滤波模型,并在此基础上给出了一种实用可行的GPS/DR组合导航系统方案。论文介绍了嵌入式系统的基本概念,并从嵌入式平台的特点和车载导航系统的功能出发,研究了基于Windows CE的嵌入式车载组合导航系统。重点研究了软陀螺技术的实现、组合导航建模和嵌入式系统的底层BSP的组成、结构以及对特定硬件的代码移植。针对导航采用外挂SDDISK的特点,给出了主控部分与BSP部分对SDDISK的接口支持。最后,根据本文提出的方案搭建了实验平台,进行了实际的试车实验。实验结果表明,系统具有较好的定位精度和可靠性,并且达到了较高的性价比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 国内外车载导航系统的发展现状
• 1.2 北斗卫星导航系统（CNSS——Compass Navigation Satellite System）
• 1.3 车辆导航中的定位技术
• 1.4 本论文所做的主要工作
• 2 组合导航原理与定位信号分析
• 2.1 GPS定位的基本原理
• 2.2 GPS定位系统的组成
• 2.2.1 GPS空间星座部分
• 2.2.2 GPS地面监控部分
• 2.2.3 用户设备
• 2.3 GPS卫星信号
• 2.3.1 GPS卫星信号组成
• 2.3.2 GPS导航电文（NEMA-0183格式）
• 2.3.3 几何精度因子（GDOP）
• 2.4 DR基本原理
• 2.5 小结
• 3 软陀螺技术
• 3.1 CAN总线
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 CAN的基本概念
• 3.1.3 CAN的特点
• 3.2 CAN的分层结构和通信协议
• 3.2.1 CAN的分层结构
• 3.2.2 CAN的通信协议
• 3.3 CAN总线与嵌入式系统
• 3.3.1 硬件结构框图
• 3.3.2 接口方案比较与选择
• 3.4 软陀螺技术
• 3.4.1 航迹推算（DR）信号分析
• 3.4.2 软陀螺基本思想
• 3.5 小结
• 4 卡尔曼滤波技术
• 4.1 卡尔曼滤波在组合导航系统中的应用
• 4.1.1 集中式卡尔曼滤波算法（CKF）
• 4.1.2 分布式卡尔曼滤波算法（DKF）
• 4.2 基于联合卡尔曼滤波的信息融合算法研究
• 4.2.1 组合导航系统的联合卡尔曼滤波原理
• 4.2.2 基于联合卡尔曼滤波器的信息融合算法
• 4.3 改进型联合卡尔曼滤波模型
• 4.4 小结
• 5 Windows CE在车载组合导航中的应用
• 5.1 嵌入式Windows CE开发综述
• 5.2 实时多任务操作系统（RTOS）
• 5.2.1 常用RTOS
• 5.2.2 Windows CE.net的功能简介
• 5.3 Boot Loader子系统设计
• 5.3.1 模块划分
• 5.3.2 Start up模块设计
• 5.3.3 Loader Main模块设计说明
• 5.3.4 BootLoader下载模块设计
• 5.4 卡尔曼滤波模块流程
• 5.4.1 局部卡尔曼滤波模型的算法实现
• 5.4.2 局部卡尔曼滤波模块流程图
• 5.5 与SDDISK有关的软件设计
• 5.5.1 底层（BSP）软件设计
• 5.2.2 主控软件设计
• 5.6 小结
• 6 车载GPS/DR组合导航系统实验与数据分析
• 6.1 GPS单独导航
• 6.1.1 导航电文（实验记录）
• 6.1.2 实验数据（记录）
• 6.1.3 说明
• 6.2 航迹推算（DR）单独导航
• 6.2.1 导航电文（实验记录）
• 6.2.2 实验数据（记录）
• 6.2.3 说明
• 6.3 GPS/DR组合导航
• 6.3.1 导航电文（实验记录）
• 6.3.2 实验数据（记录）
• 6.3.3 说明
• 6.4 实验结果分析与结论
• 6.5 小结
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 系统硬件结构框架图
• 附录B 实验装置
• 致谢
• 发表论文和参加科研情况说明