基于ARM嵌入式组合导航系统的研究与设计

发布时间：2017-04-07 13:11

  本文关键词：基于ARM嵌入式组合导航系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市交通系统日益复杂以及机动车数量的激增,由此引发的城市交通问题也与日俱增。为了使广大驾驶员安全有效地行驶,车辆导航系统的作用就越显突出。传统的全球定位系统在高层建筑物之间、地下通道和森林等环境下,会出现信号减弱或丢失,从而使车辆不能进行准确定位或者无法定位。为了确保车辆导航系统的准确性及可靠性,组合导航技术以其优点应运而生,成为了该领域研究的热点。与相比,航位推算技术有自主性强、短期内精度高、实时性好等特点,但同时其误差也会随时间的推移而累积。而采用和组合的方式就能克服各自的缺点,使得整个系统的性能得到改善。因此,本文基于组合导航技术设计了一个嵌入式组合导航系统。论文的主要研究内容围绕组合导航系统的改进、组合导航系统硬件设计和软件设计展开。首先调研了组合导航系统的国内外发展状况,对其进行了详细分析,并针对目前航位推算技术存在的缺陷,提出采用加速度计、陀螺仪和磁阻传感器的航位推算方案。随后对航位推算器件误差产生的主要原因进行了分析,并给出了相应地补偿方法。接着研究了机动目标“当前”统计模型的算法,并给出了一个基于三维空间位置精度因子的自适应数据融合算法。然后详细介绍了组合导航系统硬件设计思路与方法,主要包括控制器、电源、和系统等各个模块的设计。基于所设计的硬件又进行了相应的嵌入式软件设计,包括传感器配置、各个模块的数据采集及处理、数据融合等,并对其进行了调试。最后论文对所设计的组合导航系统进行了大量的车载测试。测试表明,该系统能有效解决因环境问题引起的无法正常定位,而且能够平滑导航轨迹,同时有效地抑制因路面起伏和传感器安装引起的导航误差。该系统在复杂的路况以及发生信号遮挡的环境里都有较强的导航能力,符合广大驾驶员对车辆导航的要求,达到了设计目的。
【关键词】：GPS DR 组合导航系统 数据融合 自适应
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U495;U463.67
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 车辆导航的发展现状10-11
• 1.2.2 组合导航技术的研究现状11-13
• 1.3 论文的研究思路和内容13-16
• 1.3.1 研究思路13-14
• 1.3.2 主要内容14-16
• 第2章 组合导航系统相关技术分析16-28
• 2.1 GPS定位技术分析16-18
• 2.2 航位推算技术分析18-21
• 2.2.1 航位推算技术原理18-19
• 2.2.2 航位推算器件介绍19-21
• 2.3 坐标变换分析21-24
• 2.3.1 导航系统坐标系21-23
• 2.3.2 坐标系之间的变换23-24
• 2.4 航位推算系统优化分析24-26
• 2.4.1 DR改进分析24-25
• 2.4.2 姿态转换矩阵更新分析25-26
• 2.5 组合导航系统主要组合方式分析26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 组合导航系统数据滤波及融合28-47
• 3.1 DR系统的误差分析与处理28-36
• 3.1.1 加速度计误差分析及补偿28-35
• 3.1.2 陀螺仪误差分析及补偿35-36
• 3.2 GPS/DR组合导航算法36-44
• 3.2.1 卡尔曼滤波算法36-40
• 3.2.2 DR子系统建模40-44
• 3.3 信息分配自适应算法44-45
• 3.4 组合导航系统算法仿真测试45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 组合导航系统硬件设计47-56
• 4.1 硬件总体方案设计47-48
• 4.2 主控电路48-51
• 4.2.1 控制模块电路设计48-49
• 4.2.2 电源和串口电路设计49-50
• 4.2.3 时钟电路设计50-51
• 4.3 DR模块电路51-53
• 4.3.1 加速度计电路设计51-52
• 4.3.2 陀螺仪电路设计52
• 4.3.3 磁阻传感器电路设计52-53
• 4.4 GPS电路设计53-54
• 4.5 其它电路54-55
• 4.5.1 SD卡电路设计54-55
• 4.5.2 SWD电路设计55
• 4.6 本章小结55-56
• 第5章 组合导航系统软件设计56-67
• 5.1 系统软件总体设计56-57
• 5.2 DR系统软件设计57-62
• 5.2.1 加速度计芯片配置58-61
• 5.2.2 DR系统数据读取61-62
• 5.3 GPS模块软件设计62-64
• 5.4 存储模块软件设计64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 测试与分析67-75
• 6.1 测试平台搭建67-68
• 6.2 测试结果及分析68-74
• 6.2.1 静态测试68-69
• 6.2.2 水平路段测试69-73
• 6.2.3 整体性能测试73-74
• 6.3 本章小结74-75
• 第7章 总结与展望75-77
• 7.1 总结75-76
• 7.2 展望76-77
• 参考文献77-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：290513