车辆GPSSINS组合导航系统设计与实现

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1、中图分类号y丝墨：2UDC621硕士学位论文学校代码!Q§三兰密级公珏车辆GPS／SlNS组合导航系统设计与实现GPS／SINSVehicleNavigationSystemDesignAndImplementation作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：罗涛机械工程机械电子工程机电工程学院王恒升教授论文答辩日期2皇f至皇门答辩委员会主席中南大学二。一三年五月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

2、研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：翌盎眺巡年厶孕日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：盟导师签名日期：监年上啦日车辆

3、GPS／SINS组合导航系统设计与实现摘要：近年来，汽车工业的高速发展所带来的城市道路交通问题日益严重。作为智能交通系统的关键技术——车辆导航技术成为当今的研究热点。传统的车辆导航技术采用单纯的GPS导航技术，车辆在导航过程中经常出现GPS失锁而影响导航定位功能的情况。捷联惯性导航系统是一种自主式导航方式，它具有抗干扰性能力强、稳定性高等优点，但是由于惯性传感器精度和捷联惯性导航系统工作原理的原因，导致导航定位误差积累，所以不能全天候单独工作。GPS／SINS组合导航系统很好的解决惯性导航误差积累的问题，并在GPS信号失锁的短暂阶段可以由惯性导航

4、单独工作继续提供连续的导航信息。同时MEMS技术的发展，推动了低成本惯性传感器在车辆组合导航系统中的应用。本论文研究车辆GPS／SINS组合导航问题，包括组合导航系统算法研究和车辆导航系统实验平台软硬件实现。(1)提出基于航向辅助的捷联式惯性导航方案。平台式惯性导航方案在算法上易于实现，但安装困难，成本较高。而捷联式惯性导航方案安装便捷、成本低，但算法上难于实现。本文研究了两种方案各自的优缺点，提出了基于指北惯性导航算法、外部设备辅助提供航向的捷联式惯导方案。(2)卡尔曼滤波在GPS／SINS组合导航中的应用。本文研究了GPS／SINS系统常用的

5、组合导航模式，确定采用速度、位置的松耦合组合导航模式。对GPS系统和SINS系统误差进行分析，得到组合导航系统误差状态方程。然后选取合适的系统状态变量、建立量测方程，将卡尔曼滤波技术运用于组合导航系统数据融合中，通过实测数据验证算法的有效性。(3)基于MEMS传感器的组合导航模块设计。本平台采用PC机对实验数据进行集中处理，组合导航模块主要负责数据采集和预处理，它分为GPS模块和IMU模块。GPS模块内置处理器，用于获取GPS导航信息；IMU模块以单片机作为处理核心，采集陀螺仪、加速度计和磁力计九路输出信号，用于捷联惯性导航解算。(4)导航测试软

6、件设计。本文运用LabVIEW软件设计了组合导航系统的数据串口通信、处理、解算程序和图形用户界面，用于同时采集和处理GPS模块和IMU模块的输出数据。通过现场实验验证了导航软件并成功测试了GPS／SINS数据采集和处理电路。图5l幅，表9个，参考文献70篇关键词：车辆导航；GPS／SINS组合导航；GPS失锁；卡尔曼滤波；指北惯导算法；MEMS分类号：V448．26PS／SINSVehicleNavigationSystemDesignAndImplementationABSTRACT：Inrecentyears，theurbantrafficp

7、roblemcausedbytherapiddevelopmentofautomobileindustryisincreasinglyserious．Vehiclenavigationtechnology,asthepivotaltechnologyofintelligenttransportationsystem，becomesthehotareaofresearch．TraditionalvehiclenavigationtechnologyusesasimpleGPSnavigationtechnology,inwhichtheGPSnav

8、igationsystemusuallyfailsbecauseoflosingtheGPSsignal．Strap．downlnert