GPS软件模拟器及定位算法研究

发布时间：2017-05-09 05:56

  本文关键词：GPS软件模拟器及定位算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现阶段国外GPS模拟器研究已进入复杂场景的模拟，如高动态、城市环境、树木密集、飞行器姿态复杂变化的场景。国内虽有众多厂家和高校研究GPS模拟器，但其在特殊场景的研究成果较少，加上国外对国内模拟器进行了严格的技术封锁，这直接限制了导航定位的研究和应用。另一方面，现有基于位置服务(Location Based Service，LBS)、移动应用增强现实(Augmented Reality，AR)、军事指挥演习和实战及目标跟踪和打击等应用，精确的位置信息是实现这些应用的关键。而传统的定位算法在高动态、城市楼群密集等场景定位误差较大甚至不能定位。基于此，本文开展两方面的工作，GPS卫星中频信号源研制和GPS定位解算算法研究，主要工作如下： GPS中频信号源的研制。介绍了GPS信号的原理、结构，从信号发射、传播、接收及接收机处理等过程分析信号模型，并分析了构成导航电文第一、二、三数据块的各详细参数。基于MATLB平台，仿真实现C/A码、可见星预测、载波和导航电文，并完成导航电文和C/A码模二运算及与载波的BPSK调制，产生仿真的1.405MHz中频信号。 GPS中频信号源的验证。对产生的中频信号进行捕获、跟踪、位同步、帧同步验证。选取捕获到的10号、20号卫星，同预设定码片和多普勒相比较，结果表明码片和多普勒正确。对比跟踪输出的同相I p和正交Q p支路，结果表明数据中存在导航电文。通过位同步和帧同步，，对比原星历文件和解调的星历数据间的各参数，结果表明外推星历数据正确。至此完成了中频信号源中码、载波、导航电文的验证。 定位解算中非线性滤波算法的研究。在分析并仿真对比最小二乘和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)基础上，针对载体动态突变频繁或建立的EKF滤波模型不准确而出现较大定位误差甚至发散的问题，提出了基于自适应系统噪声的渐消EKF(Adaptive Fading EKF,AFEKF)算法，并将强跟踪扩展卡尔曼滤波(Strong TrackEKF,STEKF)算法、无味卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)算法应用于定位解算中。在满足EKF算法平滑性及较小的观测噪声协方差R条件下，基于Visual C++平台，通过实验仿真，表明AFEKF比FEKF和EKF能更好的抑制突变；STEKF相比EKF抑制载体运动突变明显，其虽瞬间存在较大定位误差，但很快收敛。对设置的R较大情况下，通过载体运动频繁突变实验，结果表明相比FEKF算法，AFEKF算法也能更好的抑制突变；在EKF出现发散时，STEKF能强跟踪载体运动。最后，通过设置复杂的圆周运动实验对比UKF和EKF算法，结果表明在载体突变时间段，UKF定位的精度和稳定性比EKF好。
【关键词】：GPS模拟器 中频信号源 EKF FEKF STEKF AFEKF UKF
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 主要符号说明9-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 模拟器研究现状12-13
• 1.2.2 定位解算研究现状13-15
• 1.3 论文的主要研究内容15-16
• 第二章 GPS 数字中频信号模型及总体方案设计16-31
• 2.1 GPS 信号的结构16-18
• 2.2 GPS 数字中频信号模型18-20
• 2.2.1 发射信号18-19
• 2.2.2 传播信号19
• 2.2.3 接收信号19
• 2.2.4 接收机射频前端处理19-20
• 2.3 导航电文结构20-27
• 2.3.1 遥测字和交接字21-22
• 2.3.2 第一数据块22-24
• 2.3.3 第二数据块24-26
• 2.3.4 第三数据块26-27
• 2.4 信号调制架构27-28
• 2.5 GPS 数字中频信号源总体架构28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 GPS 数字中频信号源设计及仿真实现31-57
• 3.1 C/A 码仿真实现31-33
• 3.1.1 C/A 码结构31-32
• 3.1.2 C/A 码仿真32-33
• 3.2 GPS 导航电文中时间参数仿真33-38
• 3.2.1 时间参数简介34
• 3.2.2 时间参数转换模型34-35
• 3.2.3 时间参数仿真35-38
• 3.3 导航电文中星历参数仿真38-42
• 3.3.1 星历参数简介38-39
• 3.3.2 星历参数外推模型39
• 3.3.3 星历参数仿真39-42
• 3.4 导航电文中校验信息计算42-43
• 3.5 可见星预报仿真43-49
• 3.5.1 可见星预报简介43
• 3.5.2 卫星位置及俯仰角计算模型43-46
• 3.5.3 可见星预报仿真46-49
• 3.6 GPS 信号发射时间计算49-52
• 3.7 GPS 数字中频信号源仿真52-56
• 3.8 本章小结56-57
• 第四章 GPS 数字中频信号验证57-67
• 4.1 GPS 中频信号源验证的总体方案57
• 4.2 GPS 中频信号源初始参数设置57-58
• 4.3 捕获验证分析58-61
• 4.4 跟踪验证分析61-63
• 4.5 位同步和帧同步验证分析63-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 GPS 信号传统定位算法研究67-82
• 5.1 定位解算的参数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 用于位置估计68-70
• 5.2.3 LS 用于速度估计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 算法的状态模型71-73
• 5.3.2 定位解算中 EKF 算法的观测模型73-74
• 5.3.3 EKF 算法流程74-76
• 5.4 基于 LS、EKF 算法实验仿真与分析76-81
• 5.4.1 模拟器模拟的信号结果对比76-79
• 5.4.2 实际采集的信号结果对比79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 GPS 定位解算中非线性滤波算法研究82-103
• 6.1 非线性滤波简介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 渐消因子的确定83-85
• 6.3 基于自适应 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 算法试验结果对比85-86
• 6.3.3 FEKF、未自适应 Q 的 FEKF、AFEKF 算法试验结果对比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 观测噪声 R 较小情况下 STEKF、EKF、AFEKF 算法比较89-93
• 6.4.3 观测噪声 R 较大情况下 STEKF、EKF 算法比较93-96
• 6.5 基于 UKF 的定位算法研究96-102
• 6.5.1 UT 变换原理96-97
• 6.5.2 UKF 算法原理97-99
• 6.5.3 EKF、UKF 算法试验结果对比99-102
• 6.6 本章小结102-103
• 第七章 工作总结与展望103-106
• 7.1 工作总结103-104
• 7.2 展望104-106
• 参考文献106-108
• 个人简历 在读期间发表的学术论文108-109
• 致谢109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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1 陈黎;不完全量测下光电跟踪系统估计性能研究及其滤波器实现[D];南京理工大学;2009年

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