论文部分内容阅读
基于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)的组合导航系统是导航领域的一个研究重点。GPS可以提供全球性、全天候、高精度的导航定位服务,但在无法接收到GPS卫星信号或GPS卫星可见数目少于4颗的情况下,其先进的导航性能难以发挥出来。SINS系统利用牛顿力学原理来测量载体的运动参数,导航效果不受外界环境的影响,但是却具有误差较大和误差容易积累的缺点。将这两种系统组合起来,可以弥补各自系统的缺陷,实现二者的优势互补。微电子领域的技术进步使得在毫米级别尺寸的硅晶片上可以集成复杂的系统结构。基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术制造的GPS接收芯片和陀螺仪芯片使得传统的导航系统可以在较小体积的集成电路板上进行实现。电子计算机技术的发展使得移动终端具有越来越高的数字计算和信息处理能力,智能手机更是具有堪比计算机的运算性能。基于Android系统的移动终端集成了多种外围电路,这其中包括GPS接收芯片和集陀螺仪与加速度计于一体的MEMS微机电模块。因此,本课题选择在Android移动终端上进行GPS/INS组合导航系统研究,并将研究重点集中在算法实现上。本课题首先通过阐述解GPS导航系统的工作原理,介绍基于GPS导航电文进行定位的原理和方法,进而分析GPS导航系统的局限性。然后介绍基于加速度计和陀螺仪的惯性导航系统导航定位原理,并探讨惯导系统的各种误差模型,分析以惯性导航系统作为独立系统进行工作的不完全可靠性,进而总结出以卫星导航系统和惯性导航系统组合的方式进行导航工作的必要性和可行性。接下来着重研究GPS/INS组合导航算法,分析组合导航滤波器的状态方程和量测方程,并对GPS/INS组合模式的误差模型进行分析,使用MATLAB对组合导航系统进行仿真模拟,并对结果进行分析。最后,基于Android移动终端,编写出实现组合导航算法的导航定位软件,验证组合导航系统在Android移动终端上进行实现的可行性和实现效果,并且基于高德地图SDK实现运动轨迹的绘制。