基于ARM处理器的GPS/DR组合导航系统研究
|
摘要
本文介绍了一种利用车载惯性导航设备和GPS导航卫星进行车辆实时定位的导航系统，该导航仪用于实时测量车辆的经纬度、高度等数据信息，并显示在外挂的TFT液晶屏上。文中给出了该组合导航仪软硬件的详细设计，首先分析了导航所需的各种数据信号的特性，分析了GPS数据信号进行传输的基本原理和导航电文的解算方法，并给出了影响各种信号的状态因素。软件的设计主要是基于分散性的卡尔曼滤波算法模型和嵌入式软件编程原理进行。组合导航仪的主处理器采用高精简指令集(ARM内核)的数字信号处理器件，硬件部分采用分布式设计，将GPS信号的接收及处理独立出来，采用专用DSP进行。这样有效的减少主处理器的开销，集中进行卡尔曼滤波数据融合运算。测试结果表明该设计能够实时完成对车辆的实时经纬度的测算，具有较高的精度。
This dissertation introduces a kind of CAR Navigation system which use inertial navigation equipments and GPS navigation satellite to realize the real time orientation.This instrument for navigation can measure informations of vehicle instantaneously,such as altitude,longitude,latitude and display these information on TFT LCD. In this essay, I give the hardware and software design in detail of this integrated navigation instrument. Firstly , I use two charpters to analyse the characters of the required data signals,including the primary principle of transmitting GPS data signal and the standard of decoding it. The software design is mainly at the foundation of discrete kalman filter model and embeded system programming principle . Main CPU of instrument adopt digital signal process unit (ARM Core). The hardware design adopt distributing design which separate receiving and processing GPS signal from the main system to use professional GPS signal from the main system to use professional DSP to fulfill . The distributing design reduce effectively spending of CPU .Through following experiments in practice , the outcome indicate that this NAV system can accomplish the reckoning on data information of vehicle and has the supernal precision.
This dissertation introduces a kind of CAR Navigation system which use inertial navigation equipments and GPS navigation satellite to realize the real time orientation.This instrument for navigation can measure informations of vehicle instantaneously,such as altitude,longitude,latitude and display these information on TFT LCD. In this essay, I give the hardware and software design in detail of this integrated navigation instrument. Firstly , I use two charpters to analyse the characters of the required data signals,including the primary principle of transmitting GPS data signal and the standard of decoding it. The software design is mainly at the foundation of discrete kalman filter model and embeded system programming principle . Main CPU of instrument adopt digital signal process unit (ARM Core). The hardware design adopt distributing design which separate receiving and processing GPS signal from the main system to use professional GPS signal from the main system to use professional DSP to fulfill . The distributing design reduce effectively spending of CPU .Through following experiments in practice , the outcome indicate that this NAV system can accomplish the reckoning on data information of vehicle and has the supernal precision.
引文
【1】房建成，申功勋，万德钧，“一种自适应联合卡尔曼滤波器及其在车载GPS／DR组合导航系统中的应用研究”，中国惯性技术学报，1998年第6卷第4期。
【2】吴秋平，万德钧，徐晓苏，房建成，“车载GPS／DR组合导航系统的研究及其滤波算法”，东南大学学报，1997年3月，第27卷第2期。
【3】苏惠敏，周鹏，陈哲，“GPS／INU／MM车辆定位导航系统研究”，航空学报，2001年3月，第22卷第2期。
【4】董绪荣、张守信、华仲春编著，“GPS／INS组合导航定位及其应用”，长沙：国防科技大学出版社．1998．6
【5】周百力，“微机与GPS-OEM板通信的应用研究”，《微计算机信息》1997年第13卷第4期
【6】谢志迅，“利用JTAG口的FLASH在板加载技术”，《电子技术应用》1999年第7期
【7】方群、袁建平、郑谔，《卫星定位导航基础》，西北工业大学出版社
【8】张叔芳、袁安存，《一种以自主方式提高GPS定位精度的方法》，电子学报 VOL．27 NO．8 Sep．1999
【9】申功勋、孙建峰编著，“信息融合理论在惯性／天文／GPS组合导航系统中的应用”，国防工业出版社
【10】郑平方、张其善、李先亮编著，“车辆GPS／DR／GIS组合导航定位系统”，《电子技术应用》1999年第4期
【11】段晓东等。GPS／DNS组合导航系统研究[J]．选自南京航空航天大学学报，1996，28(1)：66-73
【12】张洪钺、陈新海，主编。“现代控制理论 《最优估计理论》”，北京航空学院出版社
【13】秦永元、张洪钺、汪叔华编，“卡尔曼滤波与组合导航原理”，西北工业大学出版社
【14】谭浩强编著，“C语言程序设计” ，清华大学出版社
【15】徐士良 编著，“C常用算法程序集-2版”，北京：清华大学出版社1996
【16】来卫国，“ARM内核的中断技术”，《单片机与嵌入式系统应用》
【17】[美]赵亦林著，谭国真译，“车辆定位与导航系统”，——北京：电子工业出版社 1993．3
【18】周慈航著，“单片机应用程序设计技术”，北京航空航天大学出版社
【19】张毅刚、彭喜源、谭晓昀编著，“MCS-51单片机应用设计”，哈尔滨工业大学出版社，1997
【20】李小民、李先亮，“单片机在基于GPS技术车辆监控系统中的应用”，《电子技术应用》1997年第4期
【21】杨宜康、林勇、黄永宣、胡保生，“车辆无陀螺航位推算系统的导航原理及其算法”，西安交通大学学报VOL．35 NO．12第35卷
【22】吴升艳、胡冰“ARM核的Intel StrongARM嵌入式系统”，《单片机与嵌入式系统应用》
【23】马忠梅、籍顺心、张凯、马岩编著，“单片机的C语言应用程序设计—修订版”，北京航空航天大学出版社，1998．10
【24】楼顺天、于为、闫华梁编著，“MATLAB程序设计语言”，西安电子科技大学出版社
【25】侯捷 著，“《Windows95系统程式设计—虚擬机器与VxD程式设计》”繁体中文版，松港电脑图书资料有限公司
【26】Andrew S.Tanenbaum,Albert S.Woodhull编著, "Operation Systems Design and Implementation(Second Edition)", 电子工业出版社, 1998.1
【27】Eric Abbott And David Powell, "Land-Vehicle Navigation Using GPS", PROCERDING OF THE IEEE .VOL .87,NO.1 .January 1999
【28】Christophe Lemaire and Bob Sulouff," Surface Micromachined Sensors For Vehicle Navigation Systems ." Analog Devices INC. ,Micromachined Products Division
【29】N.Papadolou,IEEE Transaction on Intelligent Transportation System VOL.2 NO.7 Sep.2001
【30】ARM Development Board ARM7TDMI Version Hardware Reference Guide
[31] ARM Software Development Toolkit (Version 2． 50) User Guide Copyright (?) 1997 and 1998 ARM Limited. All rights reserved.
[32] ARM Software Development Toolkit Version 2． 50 User Guide Copyright @1997 and 1998 ARM Limitid.
[33] Atmel Corporation ARM7TDMITM (Thumb(?)) Datasheet , January 1999
[34] Bruce Powel Douglass, "Rapid Object-Oriented Process for Embedded System ",Chief Evangelist I-Logic INC.
[35] L7205 Internet System Processor (DSP Enhanced) Databook LinkUp Systems Corporation.
[36] SiRFstar Ⅱ Architecture GSP2e System Development Kit 《 Hardware Manual》 Copyright 1999 SiRF Technology, Inc.
[37] SiRFstar Ⅱ Architecture GSP2e System Development Kit 《Software Manual》 Copyright 1999 SiRF Technology, Inc.
[38] 《GSP2e Programmer Reference Guide》, Copyright 1999 SiRF Technology, Inc.
【2】吴秋平，万德钧，徐晓苏，房建成，“车载GPS／DR组合导航系统的研究及其滤波算法”，东南大学学报，1997年3月，第27卷第2期。
【3】苏惠敏，周鹏，陈哲，“GPS／INU／MM车辆定位导航系统研究”，航空学报，2001年3月，第22卷第2期。
【4】董绪荣、张守信、华仲春编著，“GPS／INS组合导航定位及其应用”，长沙：国防科技大学出版社．1998．6
【5】周百力，“微机与GPS-OEM板通信的应用研究”，《微计算机信息》1997年第13卷第4期
【6】谢志迅，“利用JTAG口的FLASH在板加载技术”，《电子技术应用》1999年第7期
【7】方群、袁建平、郑谔，《卫星定位导航基础》，西北工业大学出版社
【8】张叔芳、袁安存，《一种以自主方式提高GPS定位精度的方法》，电子学报 VOL．27 NO．8 Sep．1999
【9】申功勋、孙建峰编著，“信息融合理论在惯性／天文／GPS组合导航系统中的应用”，国防工业出版社
【10】郑平方、张其善、李先亮编著，“车辆GPS／DR／GIS组合导航定位系统”，《电子技术应用》1999年第4期
【11】段晓东等。GPS／DNS组合导航系统研究[J]．选自南京航空航天大学学报，1996，28(1)：66-73
【12】张洪钺、陈新海，主编。“现代控制理论 《最优估计理论》”，北京航空学院出版社
【13】秦永元、张洪钺、汪叔华编，“卡尔曼滤波与组合导航原理”，西北工业大学出版社
【14】谭浩强编著，“C语言程序设计” ，清华大学出版社
【15】徐士良 编著，“C常用算法程序集-2版”，北京：清华大学出版社1996
【16】来卫国，“ARM内核的中断技术”，《单片机与嵌入式系统应用》
【17】[美]赵亦林著，谭国真译，“车辆定位与导航系统”，——北京：电子工业出版社 1993．3
【18】周慈航著，“单片机应用程序设计技术”，北京航空航天大学出版社
【19】张毅刚、彭喜源、谭晓昀编著，“MCS-51单片机应用设计”，哈尔滨工业大学出版社，1997
【20】李小民、李先亮，“单片机在基于GPS技术车辆监控系统中的应用”，《电子技术应用》1997年第4期
【21】杨宜康、林勇、黄永宣、胡保生，“车辆无陀螺航位推算系统的导航原理及其算法”，西安交通大学学报VOL．35 NO．12第35卷
【22】吴升艳、胡冰“ARM核的Intel StrongARM嵌入式系统”，《单片机与嵌入式系统应用》
【23】马忠梅、籍顺心、张凯、马岩编著，“单片机的C语言应用程序设计—修订版”，北京航空航天大学出版社，1998．10
【24】楼顺天、于为、闫华梁编著，“MATLAB程序设计语言”，西安电子科技大学出版社
【25】侯捷 著，“《Windows95系统程式设计—虚擬机器与VxD程式设计》”繁体中文版，松港电脑图书资料有限公司
【26】Andrew S.Tanenbaum,Albert S.Woodhull编著, "Operation Systems Design and Implementation(Second Edition)", 电子工业出版社, 1998.1
【27】Eric Abbott And David Powell, "Land-Vehicle Navigation Using GPS", PROCERDING OF THE IEEE .VOL .87,NO.1 .January 1999
【28】Christophe Lemaire and Bob Sulouff," Surface Micromachined Sensors For Vehicle Navigation Systems ." Analog Devices INC. ,Micromachined Products Division
【29】N.Papadolou,IEEE Transaction on Intelligent Transportation System VOL.2 NO.7 Sep.2001
【30】ARM Development Board ARM7TDMI Version Hardware Reference Guide
[31] ARM Software Development Toolkit (Version 2． 50) User Guide Copyright (?) 1997 and 1998 ARM Limited. All rights reserved.
[32] ARM Software Development Toolkit Version 2． 50 User Guide Copyright @1997 and 1998 ARM Limitid.
[33] Atmel Corporation ARM7TDMITM (Thumb(?)) Datasheet , January 1999
[34] Bruce Powel Douglass, "Rapid Object-Oriented Process for Embedded System ",Chief Evangelist I-Logic INC.
[35] L7205 Internet System Processor (DSP Enhanced) Databook LinkUp Systems Corporation.
[36] SiRFstar Ⅱ Architecture GSP2e System Development Kit 《 Hardware Manual》 Copyright 1999 SiRF Technology, Inc.
[37] SiRFstar Ⅱ Architecture GSP2e System Development Kit 《Software Manual》 Copyright 1999 SiRF Technology, Inc.
[38] 《GSP2e Programmer Reference Guide》, Copyright 1999 SiRF Technology, Inc.