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GPS在微型无人机导航定位中的研究与应用

作　者: 龚真春
导　师: 宋执环；李平
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: GPS 微型无人机差分GPS基准站坐标转换微惯性测量单元组合导航系统
分类号: V249
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 1146次
引　用: 9次
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内容摘要

微型无人机在军事和民用方面都具有广泛的应用价值，长期以来都是国内外很多机构和组织的热点研究项目。导航与定位系统在微型无人机自主飞行中占有重要的地位。本文侧重于微型无人机导航定位系统的研究与应用。限于微型无人机对导航器件的体积、重量和成本的要求，用于大型无人机的导航方法无法在微型无人机上使用。本文在考虑微型无人机特点及其对导航定位需求的基础上，研究了全球定位系统GPS在其导航定位中的应用。论文首先回顾了目前采用的导航定位方法，介绍了卫星导航定位的发展历程，给出了微型无人机导航定位系统的构成。第二章重点阐述了GPS的组成和导航定位原理。为提高GPS导航定位精度，在第三章中着重介绍了几种差分GPS定位模型，并对差分GPS基准站坐标的精确测定进行了研究，利用现有GPS设备对基准站的坐标进行了测定试验，给出了实验结果。第四章主要讨论了如何将GPS导航定位结果转换为用户实用坐标的问题。对实际的微型无人机导航用到的坐标转换公式作了一些合理的简化，给出了实时动态定位坐标转换公式，并对这些坐标转换公式的有效性和实用性进行了相应的论证。第五章针对GPS和惯性导航定位的各自不足之处，研究了GPS／MIMU组合导航系统，实验仿真结果表明，该组合导航系统在精度和可靠性方面，较单一的导航系统都有明显的改善，并且提高了可靠性和抗干扰能力。在本篇论文的最后，就微型无人机导航定位系统的下一步工作做了一定的探讨和展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
致谢  7-10
第一章绪论  10-19
  1．1 课题的研究背景及意义  10-11
  1．2 导航的方法和分类  11-12
  1．3 卫星导航系统  12-13
  1．4 无人机发展及其导航方式  13-15
  1．5 微型无人机MUAV导航定位系统组成  15-17
  1．6 论文内容和章节安排  17-19
第二章 GPS导航定位系统基本原理  19-33
  2．1 引言  19
  2．2 GPS系统简介  19-22
    2．2．1 GPS卫星星座及其工作卫星  19-21
    2．2．2 地面监控系统  21
    2．2．3 GPS信号接收机  21-22
  2．3 美国对GPS用户的限制性政策  22-23
  2．4 GPS导航定位基本原理及其定位模式  23-29
    2．4．1 伪距测量  25-27
    2．4．2 载波相位测量  27-29
  2．5 GPS动态导航定位  29-33
    2．5．1 动态定位与静态定位的区别  29-30
    2．5．2 动态定位的特点与分类  30-31
    2．5．3 单点动态定位  31-33
第三章无人机差分GPS导航定位基准站的建立  33-54
  3．1 引言  33-39
    3．1．1 GPS卫星导航定位的精度、误差与偏差  33-36
    3．1．2 GPS导航定位的主要误差  36-37
    3．1．3 GPS卫星几何精度因子(DOP)及最佳星座的选择  37-39
  3．2 差分GPS定位原理  39-46
    3．2．1 位置差分导航定位  40-42
    3．2．2 伪距差分导航定位  42-44
    3．2．3 载波相位差分导航定位  44-46
  3．3 DGPS数据链和RTCM SC-104数据格式  46-49
  3．4 差分GPS基准站精确坐标的测定  49-51
    3．4．1 直接测量法  49-50
    3．4．2 联测法  50-51
    3．4．3 软件解算法  51
  3．5 差分基准站坐标测定实验及其结果  51-54
第四章无人机GPS导航定位成果的坐标转换  54-69
  4．1 引言  54
  4．2 GPS时间及坐标系统  54-60
    4．2．1 GPS时间系统  54-56
    4．2．2 常用坐标系统  56-58
    4．2．3 WGS-84坐标系和我国大地坐标系  58-60
  4．3 WGS-84坐标变换成本地实用坐标  60-64
    4．3．1 不同空间直角坐标系统之间的转换  60-62
    4．3．2 大地坐标变换成高斯平面直角坐标  62-63
    4．3．3 不同平面直角坐标系的转换  63-64
  4．4 无人机GPS导航定位的实用坐标变换  64-67
    4．4．1 高斯投影坐标变换的一些简化  64-65
    4．4．2 实时动态坐标转换  65-67
  4．5 机载GPS导航定位坐标变换实验及结果分析  67-69
第五章无人机GPS／MIMU组合导航系统的研究  69-83
  5．1 引言  69-70
  5．2 惯性导航与精密定位原理  70-74
    5．2．1 惯性导航的基本原理和分类  70-72
    5．2．2 捷联式惯导系统的工作原理  72-74
  5．3 GPS／MIMU导航系统的组合方式及原理  74-80
    5．3．1 位置、速度组合的GPS／MIMU导航系统  75-77
    5．3．2 伪距、伪距率组合的GPS／MIMU导航系统  77-80
  5．4 速度、位置组合的GPS／MIMU导航仿真实验  80-83
    5．4．1 简述  80
    5．4．2 硬件在线仿真实验及结果分析  80-83
第六章总结与展望  83-85
参考文献  85-88
附录：作者攻读硕士学位期间发表(录用)的论文  88

GPS在微型无人机导航定位中的研究与应用

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