基于车载的GPS/INS组合导航定位系统的关键技术研究
发布时间：2022-02-13 15:57
目前,导航系统已经从单一传感器类型系统发展到组合导航系统,将多种类型的传感器进行优化配置、性能互补,使得系统的精度和可靠性都有了很大的提高。以惯性导航系统（INS）和全球定位导航系统（GPS）构造的组合导航系统是最主要的组合方式,其信息融合技术成为导航研究的热点。本文完成了一套车载GPS/INS组合导航系统的设计,包括基于嵌入式PC104总线结构的计算机平台、导航算法以及相关的测试验证实验。其中,所设计的嵌入式组合导航系统平台具有智能多串口通讯功能和外部传感器数据采集智能时间同步功能；针对车载导航的应用背景,所设计组合导航系统的信息融合算法实现了车载无缝导航的持续工作能力。本论文研究工作如下：1.对车载GPS/INS组合导航系统的总体设计进行了研究,包括系统的组合方案、硬件设计方案与软件设计方案。2.设计了基于PC104体系架构的组合导航系统平台,该计算机平台具有对多种外部传感器的广泛兼容性、以及进一步组合更多功能性传感器的扩展应用能力。研制了具有主从式CPU结构的智能多串口通讯模块,实现了外部导航器件与导航计算机的智能高速双工通讯功能；设计了软硬件结合的多传感器数据采集智能时间同步方...
【文章来源】：东南大学江苏省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 全球卫星导航系统
1.1.1 GPS全球定位导航系统发展史
1.1.2 GPS系统的组成
1.1.3 国内外卫星定位导航系统的现状和发展趋势
1.2 惯性导航系统
1.2.1 惯性测量器件与捷联式惯性导航系统
1.2.2 基于微电子机械系统技术的惯性测量器件
1.3 GPS/INS组合导航系统
1.3.1 GPS/INS组合导航系统国内外发展概况
1.3.2 GPS/INS组合导航系统发展趋势
1.4 本文的研究背景与内容
第二章 组合导航系统的总体设计
2.1 研究目的
2.2 组合导航系统的总体设计方案
2.3 嵌入式组合导航系统硬件平台的总体设计
2.3.1 嵌入式PC104总线
2.3.2 A/D采样模块
2.3.3 智能多串口通讯模块
2.4 嵌入式组合导航系统软件平台的总体设计
2.4.1 初始对准模块
2.4.2 GPS数据处理模块
2.4.3 组合导航信息融合模块
2.5 人工智能技术
2.5.1 神经网络技术
2.5.2 机器学习的基本问题
2.5.3 统计学习理论的核心内容
2.5.4 支持向量机技术
2.6 组合导航系统总体方案及系统组成框图
2.7 小结
第三章 基于嵌入式PC104总线的智能多串口通讯模块的研制
3.1 智能多串口通讯模块的设计方案
3.2 智能多串口通讯模块的硬件电路设计
3.2.1 四串口芯片16C554
3.2.2 双口RAM芯片IDT7130
3.2.3 CPLD芯片MAX7128SC
3.2.4 多中断源的扩展设计
3.3 智能多串口通讯模块的软件设计
3.3.1 通讯协议的设计
3.3.2 通讯模块软件的设计与实现
3.4 性能测试实验
3.5 小结
第四章 多传感器数据采集的智能时间同步设计与实现
4.1 多传感器数据采集智能时间同步的研究背景
4.2 多传感器数据采集智能时间同步的设计方案
4.3 A/D采样模块
4.3.1 A/D转换硬件电路
4.3.2 I/O地址映像定义
4.3.3 初始化及模式设置
4.4 多传感器数据采集时间同步的硬件设计
4.5 多传感器数据采集时间同步的软件设计
4.6 多传感器数据采集时间同步的测试
4.6.1 PPS信号稳定性和采样时钟的精确度统一测试
4.6.2 惯性器件特定工作模式下时间同步精度验证
4.6.3 对比实验
4.7 小结
第五章 基于车载的GPS/INS组合导航定位系统的软件系统设计
5.1 组合导航系统的软件设计
5.2 人机交互的设计
5.3 基于 PC104总线模块的驱动实现
5.3.1 板卡的地址译码和中断选择
5.3.2 板卡驱动实现
5.4 信息流程验证
5.5 小结
第六章 GPS/INS组合导航系统算法研究
6.1 GPS/INS组合导航系统的组合方案
6.2 惯性导航系统的数学模型
6.2.1 常用坐标系
6.2.2 常用坐标系之间的相互关系
6.2.3 IMU输出信号的误差模型
6.2.4 地固系下的力学编排
6.3 组合导航系统的传统卡尔曼滤波技术研究
6.3.1 传统卡尔曼滤波技术
6.3.2 数字仿真及结果分析
6.3.3 车载实验及结果分析
6.4 组合导航系统的自适应卡尔曼滤波技术研究
6.4.1 自适应卡尔曼滤波技术
6.4.2 车载实验及结果分析
6.5 轨迹判别算法辅助的自适应卡尔曼滤波设计
6.5.1 轨迹判别算法
6.5.2 半物理仿真实验及结果分析
6.6 小结
第七章 人工智能技术辅助的组合导航系统算法设计
7.1 LS-SVM
7.2 LS-SVM的接口设计
7.3 LS-SVM辅助GPS/INS组合导航系统的信息融合算法设计
7.3.1 LS-SVM/AKF辅助GPS/INS组合导航系统的算法结构设计
7.3.2 LS-SVM辅助GPS/INS组合导航系统的算法结构设计
7.4 半物理仿真实验及结果分析
7.5 跑车实验及结果分析
7.6 小结
总结
论文主要创新性成果
致谢
参考文献
作者简介
攻读博士期间发表论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]神经网络辅助卡尔曼滤波在组合导航中的应用[J]. 崔留争,高思远,贾宏光,储海荣,姜瑞凯. 光学精密工程. 2014(05)
[2]IMU角变速运动对旋转式SINS定位精度影响分析[J]. 刘适,王世安,刘兴章,张义,杨祥龙. 弹箭与制导学报. 2014(04)
[3]从北斗一号到北斗二号[J]. 王飞雪. 国土资源导刊. 2014(04)
[4]舰载小型化SINS/GNSS紧组合导航系统设计[J]. 闫捷,徐晓苏,张涛,刘义亭,吴亮. 中国惯性技术学报. 2013(06)
[5]光纤陀螺旋转捷联惯导系统的发展与应用[J]. 孙伟,孙枫,刘繁明. 传感器与微系统. 2012(11)
[6]多功能捷联惯性导航仿真平台软件的设计及实现[J]. 董良,曾庆化,邓孝逸,李炎. 航空计算技术. 2012(06)
[7]低成本车载导航仪的组合导航算法设计[J]. 袁赣南,梁海波,何昆鹏,王文. 中国惯性技术学报. 2011(01)
[8]一种多输出支持向量机的增量学习算法[J]. 赵耀红,钟萍,王来生. 计算机应用与软件. 2010(06)
[9]光纤陀螺技术及其发展应用[J]. 蔡明. 航空科学技术. 2009(04)
[10]光纤陀螺随机误差建模的实验研究(英文)[J]. 方靖,尚捷,顾启泰. 传感技术学报. 2008(09)
博士论文
[1]基于光纤陀螺的寻北系统关键技术研究[D]. 段苛苛.北京交通大学 2014
[2]GPS/DR车载组合定位系统数据融合算法研究[D]. 郑贵省.天津大学 2005
[3]MIMU及其与GPS组合系统设计与实验研究[D]. 尚捷.清华大学 2005
[4]捷联惯性导航系统关键技术研究[D]. 杨艳娟.哈尔滨工程大学 2001
硕士论文
[1]支持向量机与卡尔曼滤波算法在组合导航中的应用研究[D]. 陈磊琛.中国地质大学 2010
本文编号：3623484
【文章来源】：东南大学江苏省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 全球卫星导航系统
1.1.1 GPS全球定位导航系统发展史
1.1.2 GPS系统的组成
1.1.3 国内外卫星定位导航系统的现状和发展趋势
1.2 惯性导航系统
1.2.1 惯性测量器件与捷联式惯性导航系统
1.2.2 基于微电子机械系统技术的惯性测量器件
1.3 GPS/INS组合导航系统
1.3.1 GPS/INS组合导航系统国内外发展概况
1.3.2 GPS/INS组合导航系统发展趋势
1.4 本文的研究背景与内容
第二章 组合导航系统的总体设计
2.1 研究目的
2.2 组合导航系统的总体设计方案
2.3 嵌入式组合导航系统硬件平台的总体设计
2.3.1 嵌入式PC104总线
2.3.2 A/D采样模块
2.3.3 智能多串口通讯模块
2.4 嵌入式组合导航系统软件平台的总体设计
2.4.1 初始对准模块
2.4.2 GPS数据处理模块
2.4.3 组合导航信息融合模块
2.5 人工智能技术
2.5.1 神经网络技术
2.5.2 机器学习的基本问题
2.5.3 统计学习理论的核心内容
2.5.4 支持向量机技术
2.6 组合导航系统总体方案及系统组成框图
2.7 小结
第三章 基于嵌入式PC104总线的智能多串口通讯模块的研制
3.1 智能多串口通讯模块的设计方案
3.2 智能多串口通讯模块的硬件电路设计
3.2.1 四串口芯片16C554
3.2.2 双口RAM芯片IDT7130
3.2.3 CPLD芯片MAX7128SC
3.2.4 多中断源的扩展设计
3.3 智能多串口通讯模块的软件设计
3.3.1 通讯协议的设计
3.3.2 通讯模块软件的设计与实现
3.4 性能测试实验
3.5 小结
第四章 多传感器数据采集的智能时间同步设计与实现
4.1 多传感器数据采集智能时间同步的研究背景
4.2 多传感器数据采集智能时间同步的设计方案
4.3 A/D采样模块
4.3.1 A/D转换硬件电路
4.3.2 I/O地址映像定义
4.3.3 初始化及模式设置
4.4 多传感器数据采集时间同步的硬件设计
4.5 多传感器数据采集时间同步的软件设计
4.6 多传感器数据采集时间同步的测试
4.6.1 PPS信号稳定性和采样时钟的精确度统一测试
4.6.2 惯性器件特定工作模式下时间同步精度验证
4.6.3 对比实验
4.7 小结
第五章 基于车载的GPS/INS组合导航定位系统的软件系统设计
5.1 组合导航系统的软件设计
5.2 人机交互的设计
5.3 基于 PC104总线模块的驱动实现
5.3.1 板卡的地址译码和中断选择
5.3.2 板卡驱动实现
5.4 信息流程验证
5.5 小结
第六章 GPS/INS组合导航系统算法研究
6.1 GPS/INS组合导航系统的组合方案
6.2 惯性导航系统的数学模型
6.2.1 常用坐标系
6.2.2 常用坐标系之间的相互关系
6.2.3 IMU输出信号的误差模型
6.2.4 地固系下的力学编排
6.3 组合导航系统的传统卡尔曼滤波技术研究
6.3.1 传统卡尔曼滤波技术
6.3.2 数字仿真及结果分析
6.3.3 车载实验及结果分析
6.4 组合导航系统的自适应卡尔曼滤波技术研究
6.4.1 自适应卡尔曼滤波技术
6.4.2 车载实验及结果分析
6.5 轨迹判别算法辅助的自适应卡尔曼滤波设计
6.5.1 轨迹判别算法
6.5.2 半物理仿真实验及结果分析
6.6 小结
第七章 人工智能技术辅助的组合导航系统算法设计
7.1 LS-SVM
7.2 LS-SVM的接口设计
7.3 LS-SVM辅助GPS/INS组合导航系统的信息融合算法设计
7.3.1 LS-SVM/AKF辅助GPS/INS组合导航系统的算法结构设计
7.3.2 LS-SVM辅助GPS/INS组合导航系统的算法结构设计
7.4 半物理仿真实验及结果分析
7.5 跑车实验及结果分析
7.6 小结
总结
论文主要创新性成果
致谢
参考文献
作者简介
攻读博士期间发表论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]神经网络辅助卡尔曼滤波在组合导航中的应用[J]. 崔留争,高思远,贾宏光,储海荣,姜瑞凯. 光学精密工程. 2014(05)
[2]IMU角变速运动对旋转式SINS定位精度影响分析[J]. 刘适,王世安,刘兴章,张义,杨祥龙. 弹箭与制导学报. 2014(04)
[3]从北斗一号到北斗二号[J]. 王飞雪. 国土资源导刊. 2014(04)
[4]舰载小型化SINS/GNSS紧组合导航系统设计[J]. 闫捷,徐晓苏,张涛,刘义亭,吴亮. 中国惯性技术学报. 2013(06)
[5]光纤陀螺旋转捷联惯导系统的发展与应用[J]. 孙伟,孙枫,刘繁明. 传感器与微系统. 2012(11)
[6]多功能捷联惯性导航仿真平台软件的设计及实现[J]. 董良,曾庆化,邓孝逸,李炎. 航空计算技术. 2012(06)
[7]低成本车载导航仪的组合导航算法设计[J]. 袁赣南,梁海波,何昆鹏,王文. 中国惯性技术学报. 2011(01)
[8]一种多输出支持向量机的增量学习算法[J]. 赵耀红,钟萍,王来生. 计算机应用与软件. 2010(06)
[9]光纤陀螺技术及其发展应用[J]. 蔡明. 航空科学技术. 2009(04)
[10]光纤陀螺随机误差建模的实验研究(英文)[J]. 方靖,尚捷,顾启泰. 传感技术学报. 2008(09)
博士论文
[1]基于光纤陀螺的寻北系统关键技术研究[D]. 段苛苛.北京交通大学 2014
[2]GPS/DR车载组合定位系统数据融合算法研究[D]. 郑贵省.天津大学 2005
[3]MIMU及其与GPS组合系统设计与实验研究[D]. 尚捷.清华大学 2005
[4]捷联惯性导航系统关键技术研究[D]. 杨艳娟.哈尔滨工程大学 2001
硕士论文
[1]支持向量机与卡尔曼滤波算法在组合导航中的应用研究[D]. 陈磊琛.中国地质大学 2010
本文编号：3623484
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