基于GPS的有轨电车定位系统的研究与设计
发布时间：2017-03-19 21:09
本文关键词：基于GPS的有轨电车定位系统的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：随着城市轨道交通事业的发展,有轨电车也在成为重要的交通工具,基于车车通信的现代有轨电车走在了有轨电车的前沿。要实现基于车车通信的有轨电车控制系统,必须有精准的定位系统才能保证列车的正常运行与调度。因此,论文设计了一种基于GPS/INS/RFID的组合定位方法,将三种定位方法通过信息融合算法,输出满足系统允许误差范围内的定位数据,对完成基于车车通信的现代有轨电车奠定了基础。系统主要分为主控模块、GPS模块、惯性导航模块、RFID模块、信息融合模块、GPRS数据传输模块。主控芯片主要是以带有FPU的Cortex-M4架构的ARM处理器作为主处理器,并设计相应的时钟电路、复位电路、JTAG接口电路等；GPS模块采用U-BLOX的NEO-6M的接收模块,通过对GPS接收器接收到的导航报文进行解析,获得时间、速度、经度、纬度、航速、航向等信息；惯性导航模块则采用惯性器件,包括加速度计ADXL345、陀螺仪ITG3205、磁力计HMC5883L,获取到三维加速度、三维角加速度,通过四元数法对姿态矩阵进行更新,然后由姿态矩阵进行计算得到惯性导航的速度、位置信息；RFID模块则是通过超高频的RFID读写器,读取布置在轨旁的电子标签的标签号,再通过查询的方法查询对应的位置信息,将其作为基准进行对GPS导航数据的替换和惯性导航初始值的更新；信息融合模块则是将GPS数据与惯性导航数据通过卡尔曼滤波算法,实现对惯性导航数据的实时校准,以抑制惯性导航不断增大的误差；GPRS模块则是采用SIM900A模块,通过AT指令,进行与网络服务器,将定位系统的时间、速度、经度、纬度信息实时发送至上位机服务器,通过上位机服务器可以在地图上实时显示列车的运行状态。通过系统测试,得到的定位精度控制在一定范围内,达到了预期效果,通过组合定位的方法实现了对有轨电车的实时定位。该定位系统是对有轨电车进行实时监控和基于车车通信的列车防护曲线计算的基础,可以完成对有轨电车位置的实时监控。测试结果表明,该系统在GPS信号接收不到信号时,依然能够实现对列车的定位,为后续的列车监控奠定了基础。
【关键词】：有轨电车 GPS 惯性导航 RFID 卡尔曼滤波
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U492.433
【目录】：
- 摘要6-7
- Abstract7-10
- 第1章 绪论10-14
- 1.1 课题研究背景及意义10-11
- 1.2 国内外研究现状11-12
- 1.3 论文研究目标与研究内容12-13
- 1.3.1 研究目标12
- 1.3.2 研究内容12-13
- 1.4 论文的组织及章节安排13-14
- 第2章 系统设计思想14-19
- 2.1 设计思想14-15
- 2.2 系统可行性研究15-16
- 2.2.1 技术可行性15-16
- 2.2.2 管理可行性16
- 2.2.3 经济可行性16
- 2.2.4 社会效益可行性16
- 2.3 系统需求分析16-18
- 2.3.1 功能需求分析17
- 2.3.2 性能需求分析17-18
- 2.4 本章小结18-19
- 第3章 系统总体设计19-35
- 3.1 总体方案设计19-20
- 3.2 软硬件结构设计20-21
- 3.2.1 硬件结构设计20
- 3.2.2 软件结构设计20-21
- 3.3 系统设计流程21-22
- 3.4 系统关键技术22-34
- 3.4.1 GPS定位技术22-24
- 3.4.2 惯性导航24-28
- 3.4.3 RFID射频识别技术28-29
- 3.4.4 GPRS通信技术29-31
- 3.4.5 卡尔曼滤波算法31-34
- 3.5 本章小结34-35
- 第4章 系统详细设计35-59
- 4.1 硬件详细设计35-47
- 4.1.1 主控模块设计36-39
- 4.1.2 惯性导航模块设计39-43
- 4.1.3 GPS模块设计43-44
- 4.1.4 RFID模块设计44-45
- 4.1.5 GPRS模块设计45-47
- 4.1.6 显示模块设计47
- 4.2 软件详细设计47-58
- 4.2.1 系统软件的总体设计47-48
- 4.2.2 系统初始化48-49
- 4.2.3 GPS导航报文解析49-50
- 4.2.4 惯性导航解算50-53
- 4.2.5 RFID数据解析53-54
- 4.2.6 数据融合54-57
- 4.2.7 GPRS数据发送57-58
- 4.3 本章小结58-59
- 第5章 系统调试59-68
- 5.1 模块测试59-65
- 5.1.1 GPS模块测试59-60
- 5.1.2 RFID模块测试60-61
- 5.1.3 惯性导航模块测试61-65
- 5.1.4 GPRS模块测试65
- 5.2 系统联合调试65-67
- 5.3 本章小结67-68
- 结论与展望68-69
- 致谢69-70
- 参考文献70-74
- 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果74
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