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车载导航系统中数据处理与地图匹配技术研究

作　者: 李英飞
导　师: 赵琳
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 基带处理导航解算地图数据地图匹配
分类号: TN967.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

车载导航系统通常以GPS接收机作为定位的主要手段，并以嵌入式地图显示方式将位置信息展示给用户。GPS接收机主要包括信号接收、基带处理和定位解算三部分；地图显示性能主要由地图数据的空间结构和地图匹配算法决定。随着智能交通系统的快速发展以及北斗二代导航系统星座的不断完善，国内车载导航系统发展迅速，研究GPS车载导航系统底层数据处理方法，有助于快速掌握卫星导航及其车载应用的关键技术，为开展以北斗卫星导航为基础的应用开发提供理论基础。论文针对GPS车载导航系统所涉及到的关键数据处理技术展开研究，通过分析确定了解决方案和实现方法。(1)论文在分析确立以FPGA/DSP作为GPS接收机硬件实现方案的基础上，通过对射频芯片工作原理的研究，确定了合理的配置方法；为提高GPS定位结果的输出频率，采用基带处理模块全部由FPGA逻辑单元实现的方案，设计了C/A码、载波复现模块，相干积分模块，环路滤波器模块以及子帧同步模块。(2)为能够快速地将基带处理结果中与伪距相关的信息传送至DSP中，采用EMIF(External Memory Interface)接口设计了通道可用检测寄存器、伪距锁存触发寄存器、星历缓存读取寄存器、历书缓存读取寄存器等，以保证数据传输的准确性和易用性。(3)分析了DSP硬件平台中定位解算的关键问题，着重探讨了两种伪距获取方法的优劣，仿真分析了卫星轨道近似计算的误差，完成了DSP导航解算数据处理，总结了具体实现时的注意事项。(4)作为车载导航系统的重要组成部分，地图数据的结构直接影响地图程序的时间复杂度和空间复杂度。为提高地图显示和地图匹配程序对地图数据的提取速度，提出了由六种表文件组成的具有空间索引、名称索引、道路拓扑等功能的空间数据构建方案，并通过程序设计验证了方案的正确性和实用性。(5)为分析地图匹配算法对不同定位误差的容忍性，提出依据实际地图道路数据和实测GPS误差模型产生模拟定位数据的方案。最后分析了常用地图匹配算法，结合转换后的地图数据，对算法进行了仿真比较，得出了不同算法的误差容忍性结果，为以这些算法为基础的实际地图匹配方案设计提供了理论依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 选题背景及意义  11-12
  1.2 国内外现状  12-13
    1.2.1 GPS 核心芯片发展与现状  12-13
    1.2.2 地图匹配发展与现状  13
    1.2.3 车载导航仪发展趋势  13
  1.3 研究内容  13-15
    1.3.1 GPS 接收机  14-15
    1.3.2 嵌入式导航仪  15
  1.4 章节安排  15-17
第2章 FPGA 基带信号处理  17-31
  2.1 基带处理基本原理  18-21
  2.2 GPS 模块设计  21-28
    2.2.1 射频芯片配置与中频数据转换  21-24
    2.2.2 C/A 码与载波产生模块  24-25
    2.2.3 相干积分模块  25
    2.2.4 环路滤波器模块  25-26
    2.2.5 帧同步与伪距相关信息输出  26-27
    2.2.6 卫星号自动分配方法  27-28
  2.3 模块连接与测试  28-30
    2.3.1 环路性能  28
    2.3.2 伪距相关信息  28-30
    2.3.3 资源占用  30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 FPGA 和 DSP 数据传输接口设计  31-41
  3.1 数据传输接口需求分析与方案确定  31-33
    3.1.1 系统启动  31
    3.1.2 卫星星历读取  31-32
    3.1.3 伪距相关信息获取  32-33
    3.1.4 卫星历书读取  33
    3.1.5 串口模块  33
    3.1.6 载噪比数据采集  33
  3.2 接口模块的实现方法  33-38
    3.2.1 EMIF 时序  34-35
    3.2.2 数据缓存与命令翻译  35-36
    3.2.3 历书星历积分值控制器  36-37
    3.2.4 伪距寄存器和影子寄存器  37
    3.2.5 串口缓存  37-38
  3.3 调试与测试  38-40
    3.3.1 EMIF 接口时序  38-39
    3.3.2 功能模块测试  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章 DSP 定位解算模块设计  41-51
  4.1 定位解算原理  41
  4.2 定位软件设计  41-48
    4.2.1 DSP 初始化  41-42
    4.2.2 伪距信息读取  42-43
    4.2.3 伪距校正  43-45
    4.2.4 卫星轨道计算  45-48
    4.2.5 主程序调度  48
  4.3 综合测试  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章地图数据模型建立  51-65
  5.1 地图数据格式与功能需求分析  51-53
    5.1.1 地图匹配需求  52-53
    5.1.2 地图界面需求  53
  5.2 数据模型分析与确定  53-59
    5.2.1 空间索引表  53-56
    5.2.2 图元记录表  56
    5.2.3 图元属性表  56-58
    5.2.4 空间描述表和名称索引表  58
    5.2.5 结点拓扑表  58-59
  5.3 模型实现与测试  59-63
    5.3.1 程序设计  60-61
    5.3.2 数据测试  61-63
  5.4 本章小结  63-65
第6章地图匹配算法验证  65-76
  6.1 常用的地图匹配算法  65-68
    6.1.1 位置匹配算法  65-66
    6.1.2 虚拟基站匹配算法  66-67
    6.1.3 组合匹配算法  67-68
  6.2 车载 GPS 输出数据模拟  68-73
    6.2.1 地图道路数据读取  68-69
    6.2.2 随机路径生成  69-70
    6.2.3 生成标准定位信息  70-71
    6.2.4 误差干扰模拟  71-73
  6.3 地图匹配算法仿真  73-75
  6.4 本章小结  75-76
结论  76-77
参考文献  77-81
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  81-82
致谢  82

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