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基于嵌入式Linux的车载GPS/DR组合导航技术研究

作　者: 邓滔
导　师: 徐勇
学　校: 湖南大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: GPS定位航位推算组合导航嵌入式Linux 实时数据采集多线程技术自适应联邦Kalman滤波
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 420次
引　用: 7次
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内容摘要

针对GPS在城市高楼区、林荫道等地方,来自卫星的信号可能会被遮挡,使得GPS的定位导航功能失效的缺点,本文提出了采用低成本的磁阻传感器和里程计传感器组成的航位推算(DR)系统辅助GPS定位,弥补了传统GPS导航的不足,提高了导航系统的定位精度和可靠性。论文论述了车辆定位与导航技术的发展历史、研究现状以及车辆组合定位与导航技术的实现手段,简要介绍了嵌入式Linux操作系统的特点,阐述了GPS/DR组合导航原理。以32位嵌入式微处理器MC9328MXL为中央处理单元,设计了GPS/DR组合导航的硬件电路。研究了嵌入式Linux下设备驱动程序设计方法以及系统的软件模块。论文研究了导航传感器的误差来源,提出了相应的误差补偿方法。由于车辆组合导航系统是通过采集多路传感器信号来解算出导航定位所需的方位信息,通常需要采用多传感器信息融合技术来提高车辆组合导航定位的精度和可靠性。论文研究了联邦Kalman滤波算法在组合导航系统中的应用,提出了使用GPS的水平精度因子(HDOP)设计联邦Kalman滤波信息分配系数的自适应融合算法。实验结果表明,该算法综合来自各导航传感器的综合信息,使系统具有了高精度的定位能力。论文采用嵌入式Linux操作系统的实时特性实现了多路I/O口的实时数据采集,利用Linux的多线程技术解决了数据输入输出、GPS定位数据解算、航位推算和信息融合等多个任务的并发执行。经实验测试,嵌入式Linux的实时多任务特性完全能够适应车辆组合导航系统对实时响应、实时计算和多任务并行处理的要求,并使系统能达到很高的性价比。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-16
  1.1 车辆定位和导航系统的发展  10-11
  1.2 车辆定位技术的研究现状  11-12
  1.3 车辆组合定位与导航技术实现手段  12
  1.4 嵌入式Linux操作系统简介  12-14
  1.5 本课题的研究背景及意义  14
  1.6 论文的主要研究工作  14-16
第2章车载GPS／DR组合导航技术原理  16-24
  2.1 GPS定位原理  16-19
  2.2 航位推算(DR)原理  19-23
    2.2.1 里程计传感器原理  19
    2.2.2 磁阻传感器原理  19-22
    2.2.3 航位推算方法  22-23
  2.3 GPS／DR组合导航原理  23-24
第3章车载GPS／DR组合导航系统设计  24-38
  3.1 系统的总体结构模块  24
  3.2 GPS／DR组合导航系统硬件设计  24-35
    3.2.1 MC9328MXL嵌入式处理器简介  25-28
    3.2.2 GPS定位模块接口设计  28-30
    3.2.3 DR航位推算导航系统设计  30-35
    3.2.4 显示模块设计  35
  3.3 A／D驱动程序设计  35-37
  3.4 数据采集与信息处理模块设计  37-38
第4章多传感器误差分析与信息融合  38-51
  4.1 传感器误差分析  38-42
    4.1.1 里程计误差分析  38-39
    4.1.2 磁阻传感器误差分析与补偿  39-42
  4.2 多传感器的数据融合  42-49
    4.2.1 数据融合的理论依据  43
    4.2.2 联邦Kalman滤波  43-45
    4.2.3 联邦Kalman滤波算法在GPS／DR组合导航中的应用  45-49
  4.3 信息融合实验结果  49-51
第5章定位数据接收与处理的软件实现  51-64
  5.1 串口数据采集  51-55
    5.1.1 串口属性设置  51-52
    5.1.2 多路I／O口数据采集  52-53
    5.1.3 多串口通信的实现  53-55
  5.2 GPS定位数据解算  55
  5.3 航位推算计算的实现  55-56
  5.4 联邦Kalman滤波计算的实现  56-60
  5.5 多线程编程  60-64
    5.5.1 Linuxthread中多线程编程关键技术  60-61
    5.5.2 多线程技术在组合导航系统中的应用  61-64
结论  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
附录A(攻读硕士学位期间发表的学术论文目录)  70-71
附录B(攻读硕士学位期间参与的科研项目目录)  71-72
附录C(标准Kalman滤波和扩展Kalman滤波子程序部分源代码)  72-75

基于嵌入式Linux的车载GPS/DR组合导航技术研究

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