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基于ARM的GPS定位算法研究与实现

作　者: 宗文虎
导　师: 李树江；于洪霞
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: GPS 接收机 ARM 定位算法
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

全球卫星定位系统(GPS)越来越广泛的应用到实际生活的各个方面,对GPS终端系统的研究一直都是国内定位与导航领域的研究热点之一。GPS技术在我国已经应用近二十年的时间,但是到现在为止,高精度GPS接收机的核心部分都来源于国外,能够自主开发低成本、高精度的GPS接收机对我国来说具有重要意义。随着嵌入式技术的发展,在嵌入式系统上实现基于卫星原始数据的接收机位置解算及滤波算法是开发低成本、高精度接收机的重要部分。本文以开发低成本、高精度的GPS定位产品为目标,围绕基于ARM的GPS定位算法研究与实现,完成了如下内容:首先以实现接收机位置解算为目标,在研究了GPS定位原理的基础上,根据导航电文的格式,用Rockwell公司的JUPITER GPS-OEM板输出的原始数据提取出星历数据,进而解算出卫星的瞬态坐标,将解算出的卫星坐标结合从OEM板中提取的伪距信息,实现了接收机位置的解算,并给出了接收机位置解算的实验结果。其次以提高GPS定位精度为目标,建立了GPS动态滤波模型,基于该模型用扩展卡尔曼滤波算法对解算出的接收机位置进行滤波,实验结果表明,滤波算法提高了GPS接收机的定位精度。最后以在嵌入式系统上实现GPS定位算法的为目标,完成了以ARM处理器为核心的系统硬件结构设计,以及相关软件设计,用C++编程实现了GPS数据采集部分的软件,用QT软件开发了图形界面。实验结果表明系统实现了GPS数据的采集与显示。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 引言  10-11
  1.2 GPS 定位算法及嵌入式的实现研究现状  11-14
    1.2.1 GPS 定位算法研究现状  11-12
    1.2.2 GPS 定位系统研究现状  12-14
  1.3 论文内容与结构安排  14-16
第二章基于导航电文的接收机位置解算  16-39
  2.1 GPS 的定位原理  16-23
    2.1.1 GPS 系统的构成  16-18
    2.1.2 GPS 坐标系统与时间系统  18-21
    2.1.3 GPS 定位原理  21-23
  2.2 GPS 卫星瞬态位置坐标计算  23-34
    2.2.1 导航电文格式  23-26
    2.2.2 基于JUPITER GPS-OEM 板的星历数据提取.  26-32
    2.2.3 卫星瞬态坐标计算  32-34
  2.3 接收机位置求解  34-39
    2.3.1 数据提取  34-35
    2.3.2 基于最小二乘的接收机坐标解算  35-39
第三章基于扩展卡尔曼滤波的GPS 定位算法  39-57
  3.1 卡尔曼滤波  39-45
    3.1.1 基本卡尔曼滤波器  40-41
    3.1.2 扩展卡尔曼滤波器  41-45
  3.2 动态滤波数学模型  45-50
    3.2.1 GPS 定位误差来源  45-46
    3.2.2 常用的几种运动模型  46-49
    3.2.3 选用统计模型  49-50
  3.3 基于GPS 的卡尔曼滤波算法  50-57
    3.3.1 GPS 动态滤波模型  50-53
    3.3.2 量测方程的推导  53
    3.3.3 卡尔曼滤波递推方程的建立  53-54
    3.3.4 实验结果与分析  54-57
第四章基于ARM 的定位系统设计  57-68
  4.1 系统的软硬件环境  57-60
    4.1.1 硬件环境  57-58
    4.1.2 软件环境  58-60
  4.2 GPS 定位导航系统的软件设计.  60-66
    4.2.1 软件开发流程  60-61
    4.2.2 GPS 数据采集模块  61-63
    4.2.3 图形界面设计  63-64
    4.2.4 QT 多线程编程  64-66
  4.3 系统调试与实验  66-67
  4.4 本章小结  67-68
第五章结论与展望.  68-70
  5.1 结论  68-69
  5.2 展望  69-70
参考文献  70-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

基于ARM的GPS定位算法研究与实现

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