本文關(guān)鍵詞：基于無(wú)跡卡爾曼濾波的北斗衛(wèi)星定位算法的研究

  更多相關(guān)文章： 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 定位算法 UKF濾波器 微慣性測(cè)量單元 收斂速度

【摘要】：自上世紀(jì)80年代,我國(guó)開(kāi)始籌備建立獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)始,至2012年底,北斗II代已經(jīng)具備了服務(wù)亞太地區(qū)的能力。發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、導(dǎo)航終端硬件設(shè)備及軟件定位算法,完善北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、服務(wù)國(guó)民社會(huì)建設(shè)、保障國(guó)家安全等各個(gè)方面具有重要作用。 提高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度、定位速度,將有效促進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。在定位算法中,較為突出的就是基于最小方差估計(jì)的卡爾曼濾波�？柭鼮V波自從問(wèn)世就受到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注,其優(yōu)良的性能以及方便的計(jì)算方式受到極大的歡迎,隨著卡爾曼濾波器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,在其基礎(chǔ)上衍生出擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)和無(wú)跡卡爾曼濾波(UKF),且UKF算法以其優(yōu)良的性能、非線性系統(tǒng)適用性強(qiáng)等特點(diǎn),一直以來(lái)都是研究的重點(diǎn)。 本文首先闡述了從接收機(jī)接收到導(dǎo)航電文直至解算出用戶坐標(biāo)的解算過(guò)程,包括星歷數(shù)據(jù)與歷書(shū)數(shù)據(jù)的差別,以及在導(dǎo)航電文中選擇有用的參數(shù)計(jì)算衛(wèi)星在大地2000坐標(biāo)系中位置；對(duì)載波相位觀測(cè)序列進(jìn)行周跳探測(cè)與修復(fù)的常用方法。 然后詳細(xì)闡述了UKF算法的原理及運(yùn)算過(guò)程,針對(duì)UKF濾波器的初值選取影響濾波器收斂速度及收斂性的問(wèn)題和使用IMU單元快速確定系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的方法,使用微慣性測(cè)量單元輔助UKF算法,根據(jù)微慣性測(cè)量單元的輸出信號(hào),解算出接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向、距離等參數(shù),計(jì)算在定位結(jié)果并不準(zhǔn)確時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并在累積誤差較小時(shí),將微慣性測(cè)量單元的位置信息與衛(wèi)星導(dǎo)航解算出的位置信息進(jìn)行加權(quán)求和,并以此值代替衛(wèi)星導(dǎo)航解算出的觀測(cè)序列,減小單一觀測(cè)序列的誤差,加快濾波器收斂速度。 最后,通過(guò)使用UB240衛(wèi)星信號(hào)接收板卡、MiniIMU模塊、MICRO2440嵌入式開(kāi)發(fā)板、TI的Launchpad低成本開(kāi)發(fā)套件及智能小車(chē)等設(shè)備組成了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)際采集數(shù)據(jù),通過(guò)MATLAB平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理,驗(yàn)證本文所使用方法的正確性。 經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),證明了本文中利用微慣性測(cè)量單元的數(shù)據(jù)輔助濾波器使其收斂速度加快的方法的有效性。并總結(jié)出微慣性測(cè)量單元測(cè)量的準(zhǔn)確度是決定收斂速度提高程度的關(guān)鍵,若能有效抑制微慣性測(cè)量單元的誤差,則可大幅提高濾波器收斂速度,提高快速定位的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 定位算法 UKF濾波器 微慣性測(cè)量單元 收斂速度
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN96.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 概述10-17
• 1.1 課題研究背景和意義10-12
• 1.1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述10
• 1.1.2 發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的背景10-11
• 1.1.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研究意義11-12
• 1.2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位算法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 用戶接收機(jī)坐標(biāo)解算類(lèi)算法的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 濾波類(lèi)算法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 慣性測(cè)量單元國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-17
• 2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述17-23
• 2.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介17-18
• 2.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)18-20
• 2.2.1 空間星座18
• 2.2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)18-19
• 2.2.3 時(shí)間系統(tǒng)19-20
• 2.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)結(jié)構(gòu)20-22
• 2.3.1 空間信號(hào)20
• 2.3.2 測(cè)距碼與導(dǎo)航電文20-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)解算與濾波模型23-42
• 3.1 用戶坐標(biāo)解算原理23-30
• 3.1.1 衛(wèi)星坐標(biāo)解算方法23-26
• 3.1.2 偽距測(cè)量方法26
• 3.1.3 周跳探測(cè)方法26-28
• 3.1.4 電離層延遲修正方法28-29
• 3.1.5 接收機(jī)坐標(biāo)解算方法29-30
• 3.1.6 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法30
• 3.2 UKF原理及存在的問(wèn)題30-35
• 3.2.1 UT變換與UKF方程31-34
• 3.2.2 UKF的特點(diǎn)及初值選取和系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型確定的問(wèn)題34-35
• 3.3 對(duì)于提高UKF算法收斂速度的改進(jìn)方案35-38
• 3.3.1 慣性導(dǎo)航單元的數(shù)學(xué)模型35-36
• 3.3.2 慣性測(cè)量單元的誤差分析36-37
• 3.3.3 提高濾波器收斂速度的改進(jìn)方案37-38
• 3.4 對(duì)快速確定狀態(tài)方程和觀測(cè)方程的改進(jìn)38-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 4 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建及數(shù)據(jù)獲取42-53
• 4.1 硬件平臺(tái)搭建42-48
• 4.1.1 慣性測(cè)量單元單元42-43
• 4.1.2 北斗衛(wèi)星接收板卡及用戶坐標(biāo)解算MCU單元43-45
• 4.1.3 數(shù)據(jù)處理及顯示模塊45-46
• 4.1.4 電源系統(tǒng)及小車(chē)驅(qū)動(dòng)部分46-47
• 4.1.5 整體測(cè)量系統(tǒng)47-48
• 4.2 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建48-51
• 4.2.1 ARM數(shù)據(jù)處理及顯示單元48-49
• 4.2.2 用戶坐標(biāo)解算MCU單元49-51
• 4.3 跑車(chē)實(shí)驗(yàn)51-53
• 4.3.1 場(chǎng)地選取51-52
• 4.3.2 行走方案52-53
• 5 改進(jìn)算法的仿真與實(shí)際驗(yàn)證53-65
• 5.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源及仿真環(huán)境53-54
• 5.1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)獲取及其格式53-54
• 5.1.2 慣性信息數(shù)據(jù)獲取及其格式54
• 5.2 靜態(tài)定位54-57
• 5.3 改進(jìn)的UKF算法在動(dòng)態(tài)定位中應(yīng)用的仿真57-64
• 5.3.1 IMU單元的數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證57-59
• 5.3.2 衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)及IMU數(shù)據(jù)獲取59-61
• 5.3.3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果及分析61-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69-70
• 致謝70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：750946