导航接收机中气压高度计的设计与实现

发布时间：2017-09-27 21:35

  本文关键词：导航接收机中气压高度计的设计与实现

  更多相关文章： 气压测高 STM32 导航接收机 气压传感器

【摘要】：在导航定位系统中,由伪距定位、定时原理可知,接收机在捕获至少四颗可见星的信号时可完成用户定位,并进行相关参数的解算。然而,当接收机处于某些复杂环境,如可见星的数量可能少于四颗,或对于某些导航系统,卫星在垂直方向上定位因子较差,甚至不能完成三维定位。针对这些情况,可利用气压测高进行辅助导航,使接收机完成定位解算的任务。基于气压测高在卫星导航系统中可以起到的重要辅助导航定位作用,论文设计了一种利用测量实时气压值和温度值来获得高度信息的气压高度计。本文首先介绍了气压测高的应用背景,以及高度在坐标系中的定义,在此基础上详细描述了气压测高的原理及流程。文中采用测量相对高度的方法对高度进行测量,即选定基准站H0,再测量基准站与接收机之间的高度,相加即得接收机所在的高度。获得了高度值,相当于对方程组降元,使得未知的接收机位置坐标分量数目由三个减少到两个,从而实现定位。接下来进入实际设计阶段,本文采用了嵌入式芯片和传感器技术来设计新型气压高度计的方案,并实现了一款功耗低、体积小并且性能指标较高的气压高度计。设备主要采用STM32开发完成,降低了设备的设计难度和成本,缩短了开发周期,并提高了设备的可靠性和灵活性,在工程中有较好的实用性,对导航定位的辅助作用也非常明显。使用瑞士Intersema公司的数字传感器得到实时大气压力值并转换为数字压力信号,通过控制单元读取该压力信号,设计算法研究大气压力、温度以及高度之间的关系从而得出高程值,实现高度的测量,以达到辅助导航的目的。最后,本文设计了两个实验分别验证气压高度计测量气压值和温度值的精度,和气压高度计高度测量的精度,并将实验数据进行分析。结果表明,本系统中设计的气压高度计高度测量的误差在10m之内,在定位精度上基本满足工程需要。
【关键词】：气压测高 STM32 导航接收机 气压传感器
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（国家授时中心）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN965.5
【目录】：

• 致谢3-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 缩略词14-15
• 1 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-18
• 1.2 国内外本学科领域发展现状及趋势18-20
• 1.2.1 国内研究现状和趋势19
• 1.2.2 国外研究现状和趋势19-20
• 1.3 研究目的及意义20-21
• 1.3.1 研究目的20-21
• 1.3.2 研究意义21
• 1.4 论文内容及论文安排21-23
• 1.4.1 研究内容21
• 1.4.2 论文安排21-23
• 2 理论基础23-33
• 2.1 导航定位原理23-27
• 2.1.1 气压测高应用背景23
• 2.1.2 伪距定位原理23-25
• 2.1.3 伪距定位算法25-27
• 2.2 气压测高辅助定位原理27-29
• 2.3 高度的定义29-31
• 2.4 测高流程31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 系统设计33-59
• 3.1 系统总体设计33-35
• 3.1.1 系统设计目标33
• 3.1.2 系统需求分析33-34
• 3.1.3 系统设计技术要求34-35
• 3.2 硬件设计35-47
• 3.2.1 传感器单元35-38
• 3.2.2 控制单元38-40
• 3.2.3 串口单元40-41
• 3.2.4 电源单元41-42
• 3.2.5 复位单元42-43
• 3.2.6 时钟单元43-45
• 3.2.7 存储单元45-46
• 3.2.8 气压高度计的硬件图46-47
• 3.3 软件设计47-56
• 3.3.1 测高软件流程图47
• 3.3.2 气压传感器采集气象数据47-51
• 3.3.3 内插确定基准站51-53
• 3.3.4 计算相对高度53-54
• 3.3.5 高度值输出54-55
• 3.3.6 参数补偿55-56
• 3.4 本章小结56-59
• 4 实验设计与测试结果59-67
• 4.1 传感器测量数据标定及标定结果59-60
• 4.2 验证气压高度计测量气压和温度指标的实验60-61
• 4.3 验证气压高度计测量高度指标的实验61-65
• 4.3.1 实验数据预处理61-64
• 4.3.2 实验结果64-65
• 4.4 误差分析65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 总结67
• 5.2 下一步工作计划67-69
• 参考文献69-72
• 发表文章目录72-74
• 简历74

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本文编号：932029