论文部分内容阅读
随着北斗卫星导航系统在现代工业技术中的日渐发展以及目前对INS/BDS组合导航技术的深入研究，INS与BDS的组合技术已经在交通、海洋等工业领域得到广泛的实践，BDS与INS的组合已经成为我国组合导航技术研究的热点之一。本文以民用小型渔船导航的工程应用为背景，设计了一套低成本BDS/INS组合导航系统，该系统在低成本的基础上，保证了系统的测量精度。
本文首先在惯性导航理论以及组合导航理论基础上设计了惯性解算算法以及组合解算算法，推导了组合导航算法的卡尔曼滤波状态方程和量测方程，并对所设计的INS/BDS组合算法进行了仿真，证明了所设计的算法满足系统的导航要求。
在设计了导航算法的基础上，本文根据系统的实际应用需求完成了组合导航系统的硬件设计与软件设计。硬件电路以“ARM+MEMSIMU+BDS”架构为设计思想，ARM微处理器选用STM32F769，惯性传感器选用ADIS16485，卫星接收模块选用NEO-M8U，完成了微控制器板与北斗接收板相组合的硬件结构设计；ARM微处理器由UART接口和SPI接口分别实现NEO-M8U与ADIS16485的数据采集。本文在软件设计方面采用模块化的思想，将整体系统分为导航数据处理模块、导航解算模块、导航数据存储模块以及通信显示模块，并对各个软件模块进行了详细的设计，将惯性解算算法分为三种频率进行解算，以充分利用低成本微处理器的性能，降低算法对硬件的性能依赖，完成了导航算法的软件实现。考虑到上位机对系统的控制，论文设计了基于QT的上位机显示界面，导航系统通过USB接口与RS232接口将数据发送上位机界面进行显示。
最后论文完成了系统的硬件调试以及系统各模块的功能测试，验证了系统可以正常工作。然后对所设计的低成本INS/BDS组合导航系统分别进行了在静态条件和动态条件下的进行性能验证实验，动态实验结果表明：相对于EVK-M8U，本系统的东向位置均方根误差为5.6179m，北向位置均方根误差为4.5787m。证明了系统在导航计算方面具备一定的导航精度，可以满足民用小型渔船的实际导航需求，具有一定的工程应用价值。
本文首先在惯性导航理论以及组合导航理论基础上设计了惯性解算算法以及组合解算算法，推导了组合导航算法的卡尔曼滤波状态方程和量测方程，并对所设计的INS/BDS组合算法进行了仿真，证明了所设计的算法满足系统的导航要求。
在设计了导航算法的基础上，本文根据系统的实际应用需求完成了组合导航系统的硬件设计与软件设计。硬件电路以“ARM+MEMSIMU+BDS”架构为设计思想，ARM微处理器选用STM32F769，惯性传感器选用ADIS16485，卫星接收模块选用NEO-M8U，完成了微控制器板与北斗接收板相组合的硬件结构设计；ARM微处理器由UART接口和SPI接口分别实现NEO-M8U与ADIS16485的数据采集。本文在软件设计方面采用模块化的思想，将整体系统分为导航数据处理模块、导航解算模块、导航数据存储模块以及通信显示模块，并对各个软件模块进行了详细的设计，将惯性解算算法分为三种频率进行解算，以充分利用低成本微处理器的性能，降低算法对硬件的性能依赖，完成了导航算法的软件实现。考虑到上位机对系统的控制，论文设计了基于QT的上位机显示界面，导航系统通过USB接口与RS232接口将数据发送上位机界面进行显示。
最后论文完成了系统的硬件调试以及系统各模块的功能测试，验证了系统可以正常工作。然后对所设计的低成本INS/BDS组合导航系统分别进行了在静态条件和动态条件下的进行性能验证实验，动态实验结果表明：相对于EVK-M8U，本系统的东向位置均方根误差为5.6179m，北向位置均方根误差为4.5787m。证明了系统在导航计算方面具备一定的导航精度，可以满足民用小型渔船的实际导航需求，具有一定的工程应用价值。