本文關(guān)鍵詞：GPS軟件模擬器及定位算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)階段國(guó)外GPS模擬器研究已進(jìn)入復(fù)雜場(chǎng)景的模擬，如高動(dòng)態(tài)、城市環(huán)境、樹木密集、飛行器姿態(tài)復(fù)雜變化的場(chǎng)景。國(guó)內(nèi)雖有眾多廠家和高校研究GPS模擬器，但其在特殊場(chǎng)景的研究成果較少，加上國(guó)外對(duì)國(guó)內(nèi)模擬器進(jìn)行了嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，這直接限制了導(dǎo)航定位的研究和應(yīng)用。另一方面，現(xiàn)有基于位置服務(wù)(Location Based Service，LBS)、移動(dòng)應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)、軍事指揮演習(xí)和實(shí)戰(zhàn)及目標(biāo)跟蹤和打擊等應(yīng)用，精確的位置信息是實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的關(guān)鍵。而傳統(tǒng)的定位算法在高動(dòng)態(tài)、城市樓群密集等場(chǎng)景定位誤差較大甚至不能定位�；诖�，本文開展兩方面的工作，GPS衛(wèi)星中頻信號(hào)源研制和GPS定位解算算法研究，主要工作如下： GPS中頻信號(hào)源的研制。介紹了GPS信號(hào)的原理、結(jié)構(gòu)，從信號(hào)發(fā)射、傳播、接收及接收機(jī)處理等過(guò)程分析信號(hào)模型，并分析了構(gòu)成導(dǎo)航電文第一、二、三數(shù)據(jù)塊的各詳細(xì)參數(shù)�；贛ATLB平臺(tái)，仿真實(shí)現(xiàn)C/A碼、可見星預(yù)測(cè)、載波和導(dǎo)航電文，并完成導(dǎo)航電文和C/A碼模二運(yùn)算及與載波的BPSK調(diào)制，產(chǎn)生仿真的1.405MHz中頻信號(hào)。 GPS中頻信號(hào)源的驗(yàn)證。對(duì)產(chǎn)生的中頻信號(hào)進(jìn)行捕獲、跟蹤、位同步、幀同步驗(yàn)證。選取捕獲到的10號(hào)、20號(hào)衛(wèi)星，同預(yù)設(shè)定碼片和多普勒相比較，結(jié)果表明碼片和多普勒正確。對(duì)比跟蹤輸出的同相I p和正交Q p支路，結(jié)果表明數(shù)據(jù)中存在導(dǎo)航電文。通過(guò)位同步和幀同步，，對(duì)比原星歷文件和解調(diào)的星歷數(shù)據(jù)間的各參數(shù)，結(jié)果表明外推星歷數(shù)據(jù)正確。至此完成了中頻信號(hào)源中碼、載波、導(dǎo)航電文的驗(yàn)證。 定位解算中非線性濾波算法的研究。在分析并仿真對(duì)比最小二乘和擴(kuò)展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter,EKF)基礎(chǔ)上，針對(duì)載體動(dòng)態(tài)突變頻繁或建立的EKF濾波模型不準(zhǔn)確而出現(xiàn)較大定位誤差甚至發(fā)散的問(wèn)題，提出了基于自適應(yīng)系統(tǒng)噪聲的漸消EKF(Adaptive Fading EKF,AFEKF)算法，并將強(qiáng)跟蹤擴(kuò)展卡爾曼濾波(Strong TrackEKF,STEKF)算法、無(wú)味卡爾曼濾波(Unscented Kalman Filter, UKF)算法應(yīng)用于定位解算中。在滿足EKF算法平滑性及較小的觀測(cè)噪聲協(xié)方差R條件下，基于Visual C++平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真，表明AFEKF比FEKF和EKF能更好的抑制突變；STEKF相比EKF抑制載體運(yùn)動(dòng)突變明顯，其雖瞬間存在較大定位誤差，但很快收斂。對(duì)設(shè)置的R較大情況下，通過(guò)載體運(yùn)動(dòng)頻繁突變實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明相比FEKF算法，AFEKF算法也能更好的抑制突變；在EKF出現(xiàn)發(fā)散時(shí)，STEKF能強(qiáng)跟蹤載體運(yùn)動(dòng)。最后，通過(guò)設(shè)置復(fù)雜的圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比UKF和EKF算法，結(jié)果表明在載體突變時(shí)間段，UKF定位的精度和穩(wěn)定性比EKF好。
【關(guān)鍵詞】：GPS模擬器 中頻信號(hào)源 EKF FEKF STEKF AFEKF UKF
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P228.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符號(hào)說(shuō)明9-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 課題研究背景11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 模擬器研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 定位解算研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第二章 GPS 數(shù)字中頻信號(hào)模型及總體方案設(shè)計(jì)16-31
• 2.1 GPS 信號(hào)的結(jié)構(gòu)16-18
• 2.2 GPS 數(shù)字中頻信號(hào)模型18-20
• 2.2.1 發(fā)射信號(hào)18-19
• 2.2.2 傳播信號(hào)19
• 2.2.3 接收信號(hào)19
• 2.2.4 接收機(jī)射頻前端處理19-20
• 2.3 導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)20-27
• 2.3.1 遙測(cè)字和交接字21-22
• 2.3.2 第一數(shù)據(jù)塊22-24
• 2.3.3 第二數(shù)據(jù)塊24-26
• 2.3.4 第三數(shù)據(jù)塊26-27
• 2.4 信號(hào)調(diào)制架構(gòu)27-28
• 2.5 GPS 數(shù)字中頻信號(hào)源總體架構(gòu)28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 GPS 數(shù)字中頻信號(hào)源設(shè)計(jì)及仿真實(shí)現(xiàn)31-57
• 3.1 C/A 碼仿真實(shí)現(xiàn)31-33
• 3.1.1 C/A 碼結(jié)構(gòu)31-32
• 3.1.2 C/A 碼仿真32-33
• 3.2 GPS 導(dǎo)航電文中時(shí)間參數(shù)仿真33-38
• 3.2.1 時(shí)間參數(shù)簡(jiǎn)介34
• 3.2.2 時(shí)間參數(shù)轉(zhuǎn)換模型34-35
• 3.2.3 時(shí)間參數(shù)仿真35-38
• 3.3 導(dǎo)航電文中星歷參數(shù)仿真38-42
• 3.3.1 星歷參數(shù)簡(jiǎn)介38-39
• 3.3.2 星歷參數(shù)外推模型39
• 3.3.3 星歷參數(shù)仿真39-42
• 3.4 導(dǎo)航電文中校驗(yàn)信息計(jì)算42-43
• 3.5 可見星預(yù)報(bào)仿真43-49
• 3.5.1 可見星預(yù)報(bào)簡(jiǎn)介43
• 3.5.2 衛(wèi)星位置及俯仰角計(jì)算模型43-46
• 3.5.3 可見星預(yù)報(bào)仿真46-49
• 3.6 GPS 信號(hào)發(fā)射時(shí)間計(jì)算49-52
• 3.7 GPS 數(shù)字中頻信號(hào)源仿真52-56
• 3.8 本章小結(jié)56-57
• 第四章 GPS 數(shù)字中頻信號(hào)驗(yàn)證57-67
• 4.1 GPS 中頻信號(hào)源驗(yàn)證的總體方案57
• 4.2 GPS 中頻信號(hào)源初始參數(shù)設(shè)置57-58
• 4.3 捕獲驗(yàn)證分析58-61
• 4.4 跟蹤驗(yàn)證分析61-63
• 4.5 位同步和幀同步驗(yàn)證分析63-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第五章 GPS 信號(hào)傳統(tǒng)定位算法研究67-82
• 5.1 定位解算的參數(shù)67
• 5.2 基于 LS 的定位算法研究67-71
• 5.2.1 LS 算法原理67-68
• 5.2.2 LS 用于位置估計(jì)68-70
• 5.2.3 LS 用于速度估計(jì)70-71
• 5.3 基于 EKF 的定位算法研究71-76
• 5.3.1 定位解算中 EKF 算法的狀態(tài)模型71-73
• 5.3.2 定位解算中 EKF 算法的觀測(cè)模型73-74
• 5.3.3 EKF 算法流程74-76
• 5.4 基于 LS、EKF 算法實(shí)驗(yàn)仿真與分析76-81
• 5.4.1 模擬器模擬的信號(hào)結(jié)果對(duì)比76-79
• 5.4.2 實(shí)際采集的信號(hào)結(jié)果對(duì)比79-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 第六章 GPS 定位解算中非線性濾波算法研究82-103
• 6.1 非線性濾波簡(jiǎn)介82
• 6.2 基于 FEKF 的定位算法研究82-85
• 6.2.1 FEKF 算法原理82-83
• 6.2.2 FEKF 漸消因子的確定83-85
• 6.3 基于自適應(yīng) Q 的 AFEKF 定位算法研究85-88
• 6.3.1 AFEKF 算法原理85
• 6.3.2 FEKF、EKF、AFEKF 算法試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比85-86
• 6.3.3 FEKF、未自適應(yīng) Q 的 FEKF、AFEKF 算法試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比86-88
• 6.4 基于 STEKF 的定位算法研究88-96
• 6.4.1 STEKF 算法原理88-89
• 6.4.2 觀測(cè)噪聲 R 較小情況下 STEKF、EKF、AFEKF 算法比較89-93
• 6.4.3 觀測(cè)噪聲 R 較大情況下 STEKF、EKF 算法比較93-96
• 6.5 基于 UKF 的定位算法研究96-102
• 6.5.1 UT 變換原理96-97
• 6.5.2 UKF 算法原理97-99
• 6.5.3 EKF、UKF 算法試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比99-102
• 6.6 本章小結(jié)102-103
• 第七章 工作總結(jié)與展望103-106
• 7.1 工作總結(jié)103-104
• 7.2 展望104-106
• 參考文獻(xiàn)106-108
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文108-109
• 致謝109

【參考文獻(xiàn)】

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2 李保柱;張其善;楊東凱;;GPS衛(wèi)星信號(hào)模擬器中頻信號(hào)處理與實(shí)現(xiàn)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2006年07期

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本文編號(hào)：351899