车辆组合导航滤波算法研究及gps接收模块设计

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1、江苏大学硕士学位论文摘要车辆导航是智能交通的关键技术之一。全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)具有良好的长期误差特性、较差的短时精度，而航位推算DR(DeadReckoning)系统具有好的短时精度、差的长期误差特性。车载GPS／DR系统通过适当的导航算法可提供高精度、高频率和可靠的定位数据。本文在分析传统扩展卡尔曼滤波(EKF)的基础上，将一种新的滤波方法一基于插值公式的滤波算法(插值滤波)应用于组合导航系统的状态估计。插值滤波继承了传统EKF的实时递推结构，通过基于Stifling插值公式的差分方法来代替非线性函数导数的计算，避免了计

2、算复杂的雅可比矩阵，改善了传统EKF算法中泰勒展开线性化造成的较大误差。将多项式插值公式展开的一阶项和二阶项作为函数近似分别得到DDl和DD2(一阶和二阶差分)滤波算法。根据GPS／DR组合系统的状态和观测方程，分别采用EKF、DDI和DD2滤波算法估计给定目标的运动状态。仿真结果表明，DDl和DD2滤波具有较强的跟踪性和较宽的应用范围，数值稳健性和精度优于EKF算法。本文设计了车辆导航关键器件——GPs接收模块。方案采用了低噪放大器、射频胁端芯片和基带处理器等主要元器件，给出了原理图、PCB布局和制板要求，并详细阐述T(1)LNA外围电路的设计，包括射频输入匹配电路和

3、SAW滤波器；(2)射频前端电路的设计，包括芯片的结构和信号线的连接；(3)基带部分的设计，包括GPSMODE配置、有源天线监测和扩展存储等外围电路。设计采用GPS信号发生器和真实信号来测试接收模块，结果表明设计的GPS接收模块具有很高的灵敏度和定位精度。最后简要介绍了模块的软件配置。关键词：全球定位系统、航位推算、组合导航、卡尔曼滤波、插值滤波、射频、低噪放大器、基带处理器江苏大学硕士学位论文ABSTRACTVehiclenavigationisoneofthemostimportanttechnologiesinintelligenttransportationsy

4、stems．GlobalPositionSystem(GPS)isofsuperiorlong·termen_orperformance，butpoorshort-termaccuracy,whileDeadReckoningsystem(DR)hasgoodpositionprecisioninshort-termbutpoorinlong-term．GPS／DRintegratednavigationprovidespositiondatawithhi曲precision，frequencyandreliability．Onthebaseofanalyzingtra

5、ditionalExtendedKalmanFiltering(EKF)，thispaperputsforwardanewmethod—interpolationfilteringforintegratednavigationsystems．ItadoptsrecursionstructureoftraditionalEKF,anddivideddifferencebasedonStirling’sinterpolationformulasubstitutesforderivativecalculationofnonlinearfunctions．Calculation

6、isgreatlysimplifiedduet0avoidingcomputing．Iacobianmatrix,andthenewmethodimprovesmodelt既,rorcausedbyTaylorlinearizationintraditionalEKF．DDlandDD2(first-andsecond—orderdivideddifference)filteringmethodscorrespondtofirst-andsecond-orderfunctionapproximationsbasedoninterpolationformula．Accor

7、dingtothestateandobservationmodelsofGPS／DRintegratedsystem，EKEDDIandDD2filteringmethodsalecomparedtoestimatestateinformationofagiventarget．SimulationresultsindicatethatDDI，DD2filtershavestrongertrackingperformanceandlargerapplicationscope，andachievehighernumericalstabilit