基于ARM的低成本MEMS-SINS/GPS组合导航系统设计与实现
发布时间：2022-02-18 12:04
SINS/GPS组合导航能够发挥捷联惯性导航系统（Strapdown Interial Navigation System,SINS）与全球定位系统（Global Positioning System,GPS）各自的优点,取长补短,得到精度高、可靠性好的导航信息,在军事和民用领域有着至关重要的应用,是目前组合导航技术的一个热门研究方向,本文对基于ARM的低成本MEMS-SINS/GPS组合导航系统进行了分析研究。首先,建立了SINS/GPS组合导航系统的数学模型。介绍了组合导航系统常用的坐标系及相关转换关系;介绍了全球定位系统的组成、定位原理和误差分析;描述了捷联惯导系统的基本原理,捷联惯导系统的基本方程,包括力学编排和姿态、速度、位置更新算法,以及捷联惯导初始对准;分析了SINS/GPS组合导航的三种组合模式。其次,完成了SINS/GPS组合导航滤波器的设计,研究了卡尔曼滤波算法的基本原理,对组合导航系统的状态量、量测量以及校正方式进行了分析与选取,对捷联惯导系统的误差进行了分析,建立了SINS/GPS位置、速度松组合的状态方程和量测方程。然后,完成了基于ARM的低成本MEMS-SI...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 课题意义及背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 卫星导航的发展现状
1.2.2 惯性导航的发展现状
1.2.3 SINS/GPS组合导航技术的发展现状
1.3 研究目的及意义
1.4 课题来源及研究内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 研究内容
1.4.3 论文组织架构
2.SINS/GPS组合导航的原理及数学模型
2.1 组合导航系统使用的坐标系及相关转换关系
2.1.1 组合导航系统常用的坐标系
2.1.2 各个坐标系的转换关系
2.2 卫星导航系统
2.2.1 GPS的组成概况
2.2.2 GPS定位系统的定位原理
2.2.3 GPS系统误差分析
2.3 捷联惯性导航系统
2.3.1 基本原理
2.3.2 捷联惯导系统基本方程
2.3.3 捷联惯导系统初始对准
2.4 SINS/GPS组合导航系统组合模式
2.5 小结
3.SINS/GPS组合导航滤波器设计
3.1 卡尔曼滤波原理
3.2 SINS/GPS组合导系统状态量和量测量的选取
3.3 SINS/GPS组合导系统校正方式的选取
3.4 捷联惯导系统误差分析
3.5 SINS/GPS组合导航系统的状态方程
3.6 SINS/GPS组合导航系统的量测方程
3.7 小结
4.基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统总体方案设计及硬件实现
4.1 基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统总体方案
4.2 基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统硬件总体设计
4.3 器件介绍及硬件系统搭建
4.3.1 GPS接收机
4.3.2 惯性传感器功能模块
4.3.3 ARM处理器模块
4.3.4 电源模块
4.3.5 硬件系统实物图
4.4 小结
5.基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统软件设计与试验结果分析
5.1 基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统软件总体设计
5.2 嵌入式Linux系统
5.2.1 交叉编译原理
5.2.2 BootLoader
5.2.3 Linux内核裁剪与编译
5.3 SINS/GPS组合导航用户软件设计
5.3.1 SINS解算子程序的设计
5.3.2 卡尔曼滤波KF子程序的设计
5.3.3 基于Qt5.7的串口数据采集程序实现
5.4 SINS/GPS组合导航系统性能试验与结果分析
5.5 小结
6.总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM的SINS/GNSS紧组合导航系统设计[J]. 王树森,张鹏,李孟委. 中北大学学报(自然科学版). 2020(04)
[2]基于模糊PID控制算法的微小型三轴稳定平台[J]. 徐文武,李孟委,张鹏. 仪表技术与传感器. 2020(04)
[3]一种考虑GPS信号中断的导航滤波算法[J]. 何康辉,董朝阳,王青. 北京航空航天大学学报. 2019(09)
[4]抗差自适应EKF在INS/GNSS紧组合中的应用[J]. 段顺利,孙伟,吴增林. 电子科技大学学报. 2019(02)
[5]惯性导航系统可观测性分析与可观测状态确定的图方法[J]. 刘鹏,任一峰,张亚,吴常铖. 控制理论与应用. 2020(01)
[6]A Robust Graph Optimization Realization of Tightly Coupled GNSS/INS Integrated Navigation System for Urban Vehicles[J]. Wei Li,Xiaowei Cui,Mingquan Lu. Tsinghua Science and Technology. 2018(06)
[7]有限时间一致无迹Kalman滤波器[J]. 刘鹏,田玉平,张亚. 自动化学报. 2020(07)
[8]航向信息辅助的MIMU/GPS高精度组合导航方法[J]. 杨波,单斌,王跃钢,张复建,薛亮. 中国惯性技术学报. 2018(05)
[9]一种SINS/GPS紧组合导航系统的改进自适应扩展卡尔曼滤波算法[J]. 孟秀云,王语嫣. 北京理工大学学报. 2018(06)
[10]基于软件接收机的BDS/MEMS IMU深组合导航性能分析[J]. 张学龙. 大地测量与地球动力学. 2017(01)
博士论文
[1]GNSS/INS组合导航系统初始对准及其故障修复研究[D]. 宁一鹏.中国矿业大学 2019
[2]高动态GNSS/INS标量深组合跟踪技术研究[D]. 班亚龙.武汉大学 2016
[3]GPS/SINS深组合导航中的关键技术研究[D]. 杨洋.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]基于矢量跟踪的GNSS/INS深组合关键技术研究[D]. 李明玉.中国运载火箭技术研究院 2019
[2]基于U-BLOX-M8U的GNSS/INS松耦合组合导航系统设计与实现[D]. 于露.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2019
[3]微惯性/GPS组合导航系统研究[D]. 徐伟男.哈尔滨工业大学 2019
[4]TC-OFDM与INS组合导航方法的研究与实现[D]. 范时伟.北京邮电大学 2019
[5]GNSS/INS组合导航模型研究与性能分析[D]. 王世达.中国矿业大学 2019
[6]BDS/INS组合导航精确定位关键技术研究[D]. 邓传远.合肥工业大学 2019
[7]基于MEMS-INS/GNSS的车载组合导航模型研究[D]. 靳欢欢.山东大学 2019
[8]北斗/SINS组合导航系统若干关键技术的研究[D]. 张国强.合肥工业大学 2019
[9]基于MEMS的IMU/GPS紧组合导航方法研究[D]. 孙晓炜.哈尔滨工程大学 2019
[10]MIMU/GNSS组合导航硬件平台的设计与实现[D]. 邹明峰.哈尔滨工程大学 2019
本文编号：3630805
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 课题意义及背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 卫星导航的发展现状
1.2.2 惯性导航的发展现状
1.2.3 SINS/GPS组合导航技术的发展现状
1.3 研究目的及意义
1.4 课题来源及研究内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 研究内容
1.4.3 论文组织架构
2.SINS/GPS组合导航的原理及数学模型
2.1 组合导航系统使用的坐标系及相关转换关系
2.1.1 组合导航系统常用的坐标系
2.1.2 各个坐标系的转换关系
2.2 卫星导航系统
2.2.1 GPS的组成概况
2.2.2 GPS定位系统的定位原理
2.2.3 GPS系统误差分析
2.3 捷联惯性导航系统
2.3.1 基本原理
2.3.2 捷联惯导系统基本方程
2.3.3 捷联惯导系统初始对准
2.4 SINS/GPS组合导航系统组合模式
2.5 小结
3.SINS/GPS组合导航滤波器设计
3.1 卡尔曼滤波原理
3.2 SINS/GPS组合导系统状态量和量测量的选取
3.3 SINS/GPS组合导系统校正方式的选取
3.4 捷联惯导系统误差分析
3.5 SINS/GPS组合导航系统的状态方程
3.6 SINS/GPS组合导航系统的量测方程
3.7 小结
4.基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统总体方案设计及硬件实现
4.1 基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统总体方案
4.2 基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统硬件总体设计
4.3 器件介绍及硬件系统搭建
4.3.1 GPS接收机
4.3.2 惯性传感器功能模块
4.3.3 ARM处理器模块
4.3.4 电源模块
4.3.5 硬件系统实物图
4.4 小结
5.基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统软件设计与试验结果分析
5.1 基于ARM的 SINS/GPS组合导航系统软件总体设计
5.2 嵌入式Linux系统
5.2.1 交叉编译原理
5.2.2 BootLoader
5.2.3 Linux内核裁剪与编译
5.3 SINS/GPS组合导航用户软件设计
5.3.1 SINS解算子程序的设计
5.3.2 卡尔曼滤波KF子程序的设计
5.3.3 基于Qt5.7的串口数据采集程序实现
5.4 SINS/GPS组合导航系统性能试验与结果分析
5.5 小结
6.总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM的SINS/GNSS紧组合导航系统设计[J]. 王树森,张鹏,李孟委. 中北大学学报(自然科学版). 2020(04)
[2]基于模糊PID控制算法的微小型三轴稳定平台[J]. 徐文武,李孟委,张鹏. 仪表技术与传感器. 2020(04)
[3]一种考虑GPS信号中断的导航滤波算法[J]. 何康辉,董朝阳,王青. 北京航空航天大学学报. 2019(09)
[4]抗差自适应EKF在INS/GNSS紧组合中的应用[J]. 段顺利,孙伟,吴增林. 电子科技大学学报. 2019(02)
[5]惯性导航系统可观测性分析与可观测状态确定的图方法[J]. 刘鹏,任一峰,张亚,吴常铖. 控制理论与应用. 2020(01)
[6]A Robust Graph Optimization Realization of Tightly Coupled GNSS/INS Integrated Navigation System for Urban Vehicles[J]. Wei Li,Xiaowei Cui,Mingquan Lu. Tsinghua Science and Technology. 2018(06)
[7]有限时间一致无迹Kalman滤波器[J]. 刘鹏,田玉平,张亚. 自动化学报. 2020(07)
[8]航向信息辅助的MIMU/GPS高精度组合导航方法[J]. 杨波,单斌,王跃钢,张复建,薛亮. 中国惯性技术学报. 2018(05)
[9]一种SINS/GPS紧组合导航系统的改进自适应扩展卡尔曼滤波算法[J]. 孟秀云,王语嫣. 北京理工大学学报. 2018(06)
[10]基于软件接收机的BDS/MEMS IMU深组合导航性能分析[J]. 张学龙. 大地测量与地球动力学. 2017(01)
博士论文
[1]GNSS/INS组合导航系统初始对准及其故障修复研究[D]. 宁一鹏.中国矿业大学 2019
[2]高动态GNSS/INS标量深组合跟踪技术研究[D]. 班亚龙.武汉大学 2016
[3]GPS/SINS深组合导航中的关键技术研究[D]. 杨洋.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]基于矢量跟踪的GNSS/INS深组合关键技术研究[D]. 李明玉.中国运载火箭技术研究院 2019
[2]基于U-BLOX-M8U的GNSS/INS松耦合组合导航系统设计与实现[D]. 于露.中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) 2019
[3]微惯性/GPS组合导航系统研究[D]. 徐伟男.哈尔滨工业大学 2019
[4]TC-OFDM与INS组合导航方法的研究与实现[D]. 范时伟.北京邮电大学 2019
[5]GNSS/INS组合导航模型研究与性能分析[D]. 王世达.中国矿业大学 2019
[6]BDS/INS组合导航精确定位关键技术研究[D]. 邓传远.合肥工业大学 2019
[7]基于MEMS-INS/GNSS的车载组合导航模型研究[D]. 靳欢欢.山东大学 2019
[8]北斗/SINS组合导航系统若干关键技术的研究[D]. 张国强.合肥工业大学 2019
[9]基于MEMS的IMU/GPS紧组合导航方法研究[D]. 孙晓炜.哈尔滨工程大学 2019
[10]MIMU/GNSS组合导航硬件平台的设计与实现[D]. 邹明峰.哈尔滨工程大学 2019
本文编号：3630805
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