采用加速度传感器导航实现盲区定位的研究

论文摘要

GPS定位系统是目前最主要的定位技术之一,其在军工和民用领域得到了广泛的应用,为军事战争和人们的日常生活带来了极大的便利。目前GPS已经广泛应用于定位、跟踪、告警、报警、远程控制等领域,未来,随着GPS精度的不断提高,技术不断完善,其在日常社会生活各领域的应用还将不断的向前发展。GPS定位系统虽然得到了广泛的应用,但是其也存在一定的应用缺陷。在动态环境或遮挡区域时（这种情况被称为GPS盲区）,GPS接收机不能及时捕获和跟踪到GPS定位信号,导致GPS定位功能失效,无法进行连续、准确的人员定位。另外,GPS定位信号单独应用,无法发挥其潜在的应用价值,若将其与其他通讯方式结合起来,可以有效扩展对定位信息的应用,进一步扩大GPS定位的应用领域。本文从GPS定位及加速度传感器原理研究入手,介绍了当前最为流行的ZigBee、GPRS和Wi-Fi三种通讯方式,最后将加速度传感器导航技术与通讯技术相结合,形成加速度传感器导航技术的盲区定位。本文介绍的主要内容如下:1.介绍GPS定位系统的组成,GPS定位误差的来源,明确了GPS定位误差,并以此为经验,通过加速度传感器的原理介绍,研究加速度传感器的定位算法。2.介绍目前主流的无线通信技术,包括ZigBee技术、GPRS技术和Wi-Fi技术,介绍它们的技术特点、网络协议、通讯方式、组网特征、工作原理等。并根据它们的技术特点,定位它们在本研究项目中的作用。3.介绍本系统的总体设计和具体实现。研究了系统终端总体设计,划分了终端模块结构,搭建了应用层框架,进行了主板设计概要,最后对系统终端的硬件和软件进行了详细设计。4.系统终端研究和开发后,在室内、室外的不同地点进行了系统测试,在多个不同的室内环境下,重复多次进行了模拟测试,记录了测试数据,验证了系统终端设计,并发现了目前系统终端存在的不足。这些测试数据为今后进一步改进终端设计,提高定位精度提供了经验。通过本文的研究,采用加速度传感器导航技术与GPS定位系统相结合的方式可以解决在GPS盲区的定位问题。当接收机能够获得GPS定位信号时,采用GPS定位系统进行定位;当接收机无法获取GPS信号时,则从GPS定位系统获得初始基准位置,利用多种加速度传感器获取人员方向和速度等位置信息,并对获取得到的人员位置信息进行航位推算,达到定位的目标,从而实现在GPS盲区的自主定位。此外,将定位信息与通讯技术相结合,可以拓展定位信息的利用范围,提高加速度传感器进行盲区定位的附加价值,确保研究成果的市场化转换。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 应用现状
• 1.3.1 国外应用现状
• 1.3.2 国内应用现状
• 1.4 发展趋势
• 1.5 本文主要研究内容和组织结构
• 第二章 GPS 定位及加速度传感器原理
• 2.1 GPS 定位系统组成
• 2.2 GPS 定位误差来源
• 2.3 加速度传感器的原理
• 2.4 加速度传感器的定位算法研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线通信技术
• 3.1 ZigBee 通信技术研究
• 3.1.1 ZigBee 技术发展
• 3.1.2 ZigBee 技术的主要特性及应用
• 3.1.3 ZigBee 技术的技术架构
• 3.1.4 ZigBee 技术的拓扑结构
• 3.1.5 ZigBee 技术的无线数据传输
• 3.2 GPRS 通信技术研究
• 3.2.1 GPRS 简介
• 3.2.2 GPRS 无线通讯组成
• 3.2.3 GPRS 传输协议
• 3.2.4 GPRS 无线传输数据的网络实现
• 3.3 Wi-Fi 通信技术研究
• 3.3.1 Wi-Fi 简介
• 3.3.2 Wi-Fi 的网络协议
• 3.3.3 Wi-Fi 的网络拓扑
• 3.3.4 Wi-Fi 的网络工作原理
• 3.4 本章小结
• 第四章 终端设计和实现
• 4.1 终端定位设计
• 4.1.1 终端模块结构
• 4.1.2 终端应用层框架图
• 4.1.3 硬件主板设计概要
• 4.1.4 设计性能指标
• 4.2 终端硬件设计
• 4.2.1 固定核心模块
• 4.2.2 传感器模块
• 4.2.3 GPS 模块
• 4.2.4 网络通讯模块
• 4.3 终端软件功能
• 4.3.1 软件平台内容
• 4.3.2 应用功能设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统测试
• 5.1 概述
• 5.2 室内定位测试
• 5.2.1 测试地点：建华大厦
• 5.2.2 测试地点：奉贤区信息大楼
• 5.3 室外定位测试
• 5.3.1 测试地点：长风公园
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望与后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文