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GPS在移动机器人定位系统中的应用研究

郑毅  
【摘要】:随着社会信息化程度的发展,高性能的自动化系统在工业、农业、国防等各个领域备受关注。其中,多机器人网络分布式结构是目前一个重要的发展方向,在多机器人的协作与导航中,机器人的精确定位一直是研究的热点问题。GPS导航技术是移动机器人自主导航最先进的手段之一,随着GPS实际应用需求的不断增加以及理论的日臻完善,差分GPS技术的出现使GPS的定位精度有了质的飞跃,大大扩展了GPS应用领域。当RTK技术与计算机技术、现代通讯技术、网络管理技术等结合,产生了最新的具有定位精度高、覆盖范围广、操作简便等优点的VRS技术,并逐渐成为移动机器人定位研究的一个热点。本文将针对移动机器人定位系统的构造和差分改正数的生成展开研究,论文的主要内容和研究成果如下: (1)研究了一个完整的机器人定位系统的各个组成部分,包括GPS板卡、天线、无线信道和信息处理终端,从硬件层面上搭建了一个GPS定位系统。对影响定位精度的各种误差源进行了分析,指出在短基线的前提下使用差分方程线性组合的方法可以有效地克服和减弱卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟、多路径效应误差等对精度的影响。 (2)分析了各种差分GPS算法的优劣性,主要研究单点精度最高的载波相位差分以及载波相位差分改正数生成过程。并通过对差分消息按RTCM协议的编解码、卫星坐标的精确计算、坐标的转换和差分消息的无线可靠传输等方面的研究,在软件层面上实现了单基站移动机器人定位系统。 (3)对单基站多机器人定位系统进行了静态和动态的精度分析,分析表明差分算法可以有效地将机器人运行过程中的定位精度提高一个数量级,并大幅度减少了点漂移和动态路径轨迹断路的现象。 (4)对VRS系统的基本概念、系统构造和工作流程进行了研究,并在此基础上研究了基于VRS的多机器人定位系统的组成和VRS差分改正数的生成过程以及分析了静态和动态定位精度。


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