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车载GPS/MIMU/DM组合导航系统研究

张再勇  
【摘要】:近年近年来随着科学技术的飞速发展,车辆导航系统得到了越来越广泛的应用。如何在车辆行驶的条件下获得尽可能精确的定位信息,如何开发应用低成本的车辆导航系统成为紧要的问题。目前全球定位(Global Positioning System)、惯性导航(Inertial Navigation System)是车辆导航领域两大重要技术。由于美国针对GPS 制定的SA 政策,降低了一般民用卫星定位的精度(单点定位精度为25m-30m),再有GPS 本身具有的峡谷效应,接收机经常会因为无法锁定卫星信号,失去定位能力,从而单纯使用GPS 定位很难取得令人满意的定位效果。惯性导航系统INS(Inertial Navigation System)是基于惯性传感器的自主式导航系统,其通常由惯性测量单元IMU(Inertial Measurement Unit)、计算机、控制显示器等组成。其中的关键是惯性测量单元,它的精度决定了整个导航系统的精度。惯性导航利用惯导传感器测量运动的加速度,经计算确定车辆位置,实现车辆的自主定位,但惯性元件的漂移误差和标定误差将使累计误差随着时间逐渐积累,最终达到无法忍受的程度,而且目前高精度的INS 系统价格昂贵,很难在车载导航系统中得到推广。惯性技术的发展表明:从传统的机械式惯性器件向固态化转移并进一步向以半导体硅为基础材料的微硅惯性器件的发展已成为今后惯性技术发展的总趋势。采用基于MEMS 技术的MIMU 和GPS 组成的组合导航系统结合了GPS 的高精度定位,误差无积累及惯导的自主性、实时性等优点,使导航系统的成本下降,可靠性增加,精度得到提高。为了实现连续、实时的车辆导航,本文着重研究了GPS和MIMU(微惯性导航测量组合单元)组合导航系统,设计实现了车载GPS/MIMU 组合导航系统最优综合的卡尔曼滤波器,并给出了滤波算法,理论分析及计算机仿真结果均表明,应用该卡尔曼滤波器可大大提高车载GPS/MIMU 组合导航系统的定位精度及容错能力,为使车辆得到近于无误差的定位结果,本文分析了车辆导航用的数字地图编码,研究了基于概率统计的地图匹配方法并对系统进行了设计。


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