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GPS在MINS/GPS组合导航系统中的应用研究

作　者: 张雪
导　师: 周百令
学　校: 东南大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: MINS GPS 组合导航最佳星座选择组合方式报文格式解码静态试验
分类号: TN967.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 469次
引　用: 5次
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内容摘要

MINS/GPS 组合导航系统已经在许多领域投入应用,它克服了MINS误差随时间积累的缺点和GPS系统固有的局限性;并有效地利用了MINS和GPS各自的优点,进行系统间的取长补短。这种组合能有效地减小系统误差,提高系统精度,降低导航系统成本。为了给MINS/GPS组合导航系统提供可靠的GPS数据,本文做了以下几方面的工作:首先,在介绍GPS的定位的基本原理的基础上,进行了GPS卫星位置和速度的计算,提出了一种适用于本课题的最佳星座选择方法,总结了GPS的误差来源,并提出了相应的改正措施。其次,通过对MINS/GPS组合导航系统组合方式的分析,推导了位置、速度组合和伪距、伪距率组合的状态方程和量测方程。再次,研究了superstarⅡGPS接收机的报文格式及内容,针对不同的组合导航系统对GPS的要求,通过starview软件,对相关报文进行分析,得到了MINS/GPS组合导航系统中所需要的报文。最后,编写了相应的GPS接收数据程序,通过实验验证GPS的解码程序和相应的算法。并进行了位置、速度组合导航系统的静态试验。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-11
  1.1 GPS 的发展现状  8
  1.2 MINS/GPS 导航系统发展与研究现状  8-10
  1.3 本文的主要研究内容  10-11
第二章 GPS 的工作原理  11-28
  2.1 GPS 的组成  11-12
    2.1.1 空间星座部分  11-12
    2.1.2 地面监控部分  12
    2.1.3 用户设备部分  12
  2.2 GPS 定位的坐标系统与时间系统  12-14
  2.3 GPS 定位基本原理  14-22
    2.3.1 GPS 信号结构和导航电文  14-17
    2.3.2 GPS 伪距导航原理  17-19
    2.3.3 GPS 卫星位置和速度的计算  19-22
  2.4 GPS 最佳星座的选择  22-26
    2.4.1 星座高度角和方位角对定位精度的影响  23-24
    2.4.2 一种简易的GPS 系统星座选择算法  24-25
    2.4.3 适用于MINS/GPS 组合导航系统的选星算法  25-26
  2.5 GPS 误差分析  26-27
    2.5.1 卫星钟误差  26
    2.5.2 卫星星历误差  26
    2.5.3 电离层折射引起的误差  26
    2.5.4 对流层折射延迟误差  26-27
    2.5.5 多路径效应误差  27
    2.5.6 设备误差  27
    2.5.7 几何误差  27
  2.6 本章小结  27-28
第三章 MINS/GPS 组合导航系统  28-40
  3.1 MINS/GPS 的组合模式  28
  3.2 位置、速度组合的MINS/GPS 导航系统的数学模型  28-34
    3.2.1 组合导航系统的状态方程  28-33
    3.2.2 组合导航系统的量测方程  33-34
    3.2.3 系统的离散化形式  34
  3.3 伪距、伪距率组合的MINS/GPS 导航系统的数学模型  34-39
    3.3.1 组合导航系统的状态方程  35
    3.3.2 GPS 伪距观测量组成的系统量测方程  35-37
    3.3.3 GPS 伪距率观测量组成的系统量测方程  37-39
    3.3.4 利用GPS 伪距、伪距率观测量组成的系统量测方程  39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 GPS 报文的研究  40-55
  4.1 接收机串行数据接口  40-41
  4.2 GPS 接收机通信协议  41-44
  4.3 PC 机与GPS 接收机之间的通信  44-46
  4.4 与组合导航系统相关GPS 的报文数据  46-54
    4.4.1 GPS 位置、速度的报文数据  46-48
    4.4.2 GPS 伪距、伪距率的报文数据  48-49
    4.4.3 历书和星历的应用  49-52
    4.4.4 GPS 可见卫星的状态数据  52
    4.4.5 GPS 观测卫星的选择  52-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章GPS 接收数据的处理及组合导航系统试验研究  55-66
  5.1 GPS 数据处理模块的设计  55-56
  5.2 GPS 数据处理程序  56-59
    5.2.1 单片机、PC 机通信例程  56-57
    5.2.2 GPS 报文应用程序  57-59
  5.3 选星算法的验证结果  59-60
  5.4 MINS/GPS 组合导航系统的试验研究  60-65
    5.4.1 试验系统硬件组成  60-62
    5.4.2 GPS 静置试验  62
    5.4.3 MINS 系统静置试验  62-63
    5.4.4 MINS/GPS 组合导航静置试验  63-65
  5.5 本章小结  65-66
第六章总结与展望  66-67
参考文献  67-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间发表的论文  70

GPS在MINS/GPS组合导航系统中的应用研究

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