基于非線性模型的單機(jī)GPS定位估計(jì)方法的研究.pdf

1、GPS是目前世界上唯一最完善的新一代精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由于其具有提供全球范圍的、連續(xù)的實(shí)時(shí)三維位置、速度信息和精確授時(shí)等功能，自投入使用以來(lái)，就得到了各國(guó)軍事和民用部門(mén)的普遍關(guān)注，并得到了迅猛地發(fā)展。目前，GPS被廣泛應(yīng)用于陸、海、空、天各軍事領(lǐng)域以及交通工具導(dǎo)航、地理定位、測(cè)量、時(shí)間精調(diào)等眾多民用領(lǐng)域。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)GPS導(dǎo)航和定位技術(shù)正向高精度、高動(dòng)態(tài)方向發(fā)展。目前，單機(jī)GPS接收機(jī)的最高定位精度達(dá)10~1

2、5m，當(dāng)接收機(jī)處于“城市峽谷”等信號(hào)遮擋嚴(yán)重的環(huán)境時(shí)，會(huì)因接收到的衛(wèi)星信號(hào)數(shù)量少于4顆而導(dǎo)致GPS接收機(jī)無(wú)法進(jìn)行定位估計(jì)。 單機(jī)GPS接收機(jī)定位精度不高的主要原因在于，量測(cè)信號(hào)從被衛(wèi)星發(fā)射到被接收機(jī)接收的過(guò)程中會(huì)受到很多誤差源的干擾。本文分別從模型和算法兩方面開(kāi)展研究，力求通過(guò)建立較完善的誤差補(bǔ)償模型以及使用更具有針對(duì)性的算法來(lái)提高單機(jī)GPS的定位估計(jì)精度。 本文做出的主要工作包括以下五個(gè)方面： 1）針對(duì)單機(jī)GP

3、S定位估計(jì)精度不高的問(wèn)題，提出了對(duì)主要誤差源進(jìn)行建模補(bǔ)償——電離層誤差補(bǔ)償和對(duì)流層誤差補(bǔ)償。 2）對(duì)于“城市峽谷”等惡劣環(huán)境下的定位，結(jié)合該環(huán)境下車輛、行人等載 體運(yùn)動(dòng)速度不高，高度方向上位置變化很小的特點(diǎn)，本文提出一種假設(shè)，即假設(shè)用戶接收機(jī)在高度方向上的位置坐標(biāo)保持不變，將高程加入到測(cè)量方程中，從而實(shí)現(xiàn)惡劣環(huán)境下GPS的二維定位。 3）提出采用高精度的平淡卡爾曼濾波算法（UKF）代替精度較差的最小二乘迭代算法（

4、ILS）和擴(kuò)展卡爾曼濾波算法（EKF）作為GPS的定位估計(jì)方法，同時(shí)還提出了改進(jìn)的UKF算法，以節(jié)省定位估計(jì)算法的運(yùn)算量。 4）在保證定位精度的前提下，為了提高定位估計(jì)算法的運(yùn)算速度，本文提出采用Spherical Unscented Kalman Filter（SUKF）作為單機(jī)GPS的定位估計(jì)算法。SUKF的運(yùn)算量是UKF運(yùn)算量的一半，從而提高了定位估計(jì)的速度，有利于實(shí)時(shí)輸出定位估計(jì)的結(jié)果。 5）為了進(jìn)一步提高單機(jī)G