GPS虛擬距離與加速儀之卡門濾波整合定位｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	黃坤祥 Kun-Hsiang Huang
論文名稱：	GPS虛擬距離與加速儀之卡門濾波整合定位 Kalman Filter Integration of GPS Pesudoranges and Accelerometers on Vehicle Positioning
指導教授：	高維文 Wei-Wen Kao
口試委員:	卓大靖 Dah-Jing Jwo 黃緒哲 Shiu-Je Huang
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 機械工程系 Department of Mechanical Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	83
中文關鍵詞：	加速儀、卡門濾波、慣性導航系統、全球定位系統
外文關鍵詞：	Kalman filter, accelerometer, INS, GPS
相關次數：	點閱：353 下載：5
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全球定位系統(GPS)已經廣泛地運用在導航定位上，全球定位系統不論在任何時間、地點均能提供完整導航訊息，然而，在都市環境中，可能會因周遭環境障礙而失去訊號。
慣性導航系統(INS)是一種自主性導航，靠慣性感測元件，如：加速儀(accelerometer)與陀螺儀(gyroscope)等感測器，來量測加速度和角速度。經過初始位置及資料整合後，即可得到載具位置、速度和姿態。慣性感測元件會因偏差（biases）和飄移（drifts）而造成誤差累積。基於這互補的特性我們設計GPS虛擬距離與加速儀之卡門濾波整合定位。
在加速儀系統方面是用一個三軸微機電加速儀晶片和一個微控制器PIC16F88去讀加速儀的向量做A/D的資料轉換，GPS方面是用有12頻道接收機ALLSTAR CMT-1200 來提供虛擬距離和衛星位置，兩系統資料同時放入個人電腦做整合計算。
Builder C++ 發展工具做為串列通訊的介面軟體，實現GPS/INS整合導航系統，我們使用Matlab程式分析卡門濾波器整合GPS虛擬距離和加速儀定位的效能，即可得到較精確、較持續、較完整的導航解。

Global Positioning System has been widely used in vehicle navigating and positioning applications. GPS can provide position information regardless place and time. However, in urban environments GPS signal may be lost because of the surrounding blockages.
Inertial Navigation System is an autonomous system that uses inertia sensors such as accelerometers and gyroscopes to measure the vehicle accelerations and angular velocities. Based on initial vehicle positions and subsequent integrations, the vehicle position, velocity as well as altitude can be obtained. However, inertia sensors are subjected to accumulated errors results from sensor biases and drifts. Based on the complementary characteristic of INS and GPS, we design a system that use Kalman filter integration of GPS Pesudoranges and accelerometers for vehicle positioning.
The system uses a Micromechanical three axis accelerometer chip to measure the vehicle accelerations and a PIC16F88 microcontroller reads the acceleration vectors from the accelerometers and performs analog to digital data conversion. For GPS, ALLSTAR CMT-1200 12 channel receiver is used to provide pseudorange measurements and GPS satellite ephemeris to personal computer for integration computations.
Builder C ++ development environment is used for serial port interface software programming to accomplish the GPS and INS integration of the navigation system. Matlab is used to design and analyze the performance of the Kalman Filter theory for GPS Pesudoranges and accelerometer measurements integration in order to get a more accurate, more durable, and more complete navigation solution.

目    錄
中文摘要...............................................І
英文摘要...............................................II
誌謝...................................................III
目錄...................................................ІV
圖表索引...............................................VI
表索引.................................................IX
第一章 緒論............................................1
1 前言...............................................1
2 研究動機...........................................1
3 文獻回顧...........................................2
4 論文架構...........................................3
第二章 全球定位系統....................................4
1簡介................................................4
2系統架構............................................4
3 座標系統...........................................6
4 GPS衛星信號結構....................................10
4.1衛星信號與內容....................................10
4.2求解衛星時錶偏差..................................12
4.3求解衛星位置......................................13
5 衛星定位原理.......................................16
5.1虛擬距離觀測量....................................17
5.2單點定位原理......................................19
6 導航方程式最小平方法定解...........................20
第三章 慣性導航系統....................................23
1系統概述............................................23
2加速儀工作原理......................................24
3加速儀誤差分析......................................26
4 GPS/INS座標系統間的關係............................28
5車輛平面運動原理....................................30
第四章 卡門濾波整合定位之設計..........................35
1 GPS與INS整合概論...................................35
2 濾波定位架構.......................................35
3 卡門濾波理論.......................................38
4 卡門濾波器設計及調校問題...........................40
5 增廣式卡門濾波器...................................42
5.1非線性卡門濾波器求解方法..........................42
6 增廣式卡門濾波GPS/INS整合定位模型建立..............44
第五章 實驗系統與實驗結果..............................53
1 前言...............................................53
2 硬體設備及軟體設計.................................53
3 實驗結果與分析	.....................................59
3.1整合前與整合後實驗分析	............................59
3.2整合後應用模擬分析................................70
第六章 結論與展望......................................78
1 結論...............................................78
2 建議...............................................78
3 未來展望...........................................79
參考文獻...............................................80
作者簡介...............................................83

                                

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