高精度北斗定位車載終端誘導(dǎo)系統(tǒng)研究.pdf

1、智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent Transportation System)是一個(gè)非常復(fù)雜龐大的系統(tǒng)，而動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)DRGS(Dynamic Route Guidance System)是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其集成了電子通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位及物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化技術(shù)，從而為出行者提供實(shí)時(shí)的交通信息和最優(yōu)的路徑規(guī)劃。車載導(dǎo)航終端作為路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)的載體，為車輛避開(kāi)交通管制、擁堵以及智能路徑導(dǎo)航提供了方便，而高

2、精度、快速、穩(wěn)定的實(shí)時(shí)定位是實(shí)時(shí)導(dǎo)航的基礎(chǔ)。
　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BDS(Beidou Satellite Navigation System)是我國(guó)自主研制的全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國(guó)全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)和俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)GLONASS(Glonass System)之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)在亞太地區(qū)組網(wǎng)成功，高精度的北斗定位技術(shù)研究及其應(yīng)用已成

3、為重要的研究方向，而基于高精度北斗定位芯片的車載終端導(dǎo)航系統(tǒng)是BDS的重要應(yīng)用。但由于GPS投入研究早、使用時(shí)間長(zhǎng)、各方面性能相對(duì)比較完善，目前車載終端導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)大部分被GPS占有，加快對(duì)高精度北斗定位技術(shù)的深入研究及其產(chǎn)業(yè)化推廣顯得極其重要。本文從提高實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的北斗定位精度研究出發(fā)，研究了北斗定位及路徑誘導(dǎo)技術(shù)，最后設(shè)計(jì)并測(cè)試了一個(gè)基于北斗定位芯片的車載終端系統(tǒng)。本論文包括以下幾個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容:
　　(1)高精度北斗精密單點(diǎn)

4、定位技術(shù)
　　在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)靜態(tài)定位中，提出一種加權(quán)最小二乘估計(jì)方法對(duì)靜態(tài)定位進(jìn)行了深入研究。首先，建立出北斗靜態(tài)精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程;緊接著通過(guò)對(duì)非線性觀測(cè)方程的線性化處理，從而實(shí)現(xiàn)觀測(cè)方程的最小二乘估計(jì);最后，給出加權(quán)最小二乘的估計(jì)方法及具體實(shí)現(xiàn)步驟。
　　(2)高精度北斗動(dòng)態(tài)精密相對(duì)定位技術(shù)
　　研究了高精度北斗動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的原理和方法。重點(diǎn)研究北斗相對(duì)定位中采用的觀測(cè)模型，從原理上分析了測(cè)站間單差、測(cè)站衛(wèi)星間

5、雙差和測(cè)站衛(wèi)星歷元間三差組合觀測(cè)值的構(gòu)成、特點(diǎn)和應(yīng)用。隨后提出了Kalman濾波算法的動(dòng)態(tài)相對(duì)定位參數(shù)估計(jì)方法以及LAMBDA算法進(jìn)行模糊度固定的方法。最后開(kāi)展了基于濾波算法的北斗動(dòng)態(tài)相對(duì)定位驗(yàn)證試驗(yàn)，分別采用了短基線和中長(zhǎng)基線相對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(3)基于模糊度固定的北斗高精度實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位
　　針對(duì)差分定位受區(qū)域內(nèi)設(shè)置參考站范圍限制這一缺陷，研究一種精密單點(diǎn)定位技術(shù)(precise point position

6、，簡(jiǎn)稱PPP)的模糊度固定技術(shù)（precise point position-ambiguity resolution，簡(jiǎn)稱PPP-AR），其需要通過(guò)接收實(shí)時(shí)精密衛(wèi)星軌道，實(shí)時(shí)計(jì)算衛(wèi)星鐘差及大氣改正參數(shù)，通過(guò)特定手段分離出模糊度中整數(shù)信息，采用非差定位的方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度定位。首先，介紹非差實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位的函數(shù)模型，然后全面分析了非差PPP定位時(shí)模糊度不能直接固定為整數(shù)的原因;隨后，對(duì)影響模糊度參數(shù)固定的衛(wèi)星端和接收機(jī)端硬件延遲參數(shù)

7、進(jìn)行了區(qū)分和分離，提出了寬巷、窄巷模糊度及衛(wèi)星端未校準(zhǔn)延遲的估計(jì)方法，并進(jìn)一步通過(guò)地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)分離上述參數(shù);最后，構(gòu)建了北斗實(shí)時(shí)精密定位的服務(wù)流程并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(4)基于雙向搜索A*算法的距離最短路徑誘導(dǎo)
　　目前很多路徑的尋優(yōu)問(wèn)題就是在特定道路網(wǎng)中尋找最短路徑問(wèn)題，在導(dǎo)航系統(tǒng)中通過(guò)北斗定位系統(tǒng)可以在路網(wǎng)中得到用戶出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)用戶輸入終點(diǎn)，就可以在起點(diǎn)與終點(diǎn)之間進(jìn)行經(jīng)過(guò)的路徑網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)搜索從而得到路徑。當(dāng)車載終端沒(méi)

8、有獲得實(shí)時(shí)路況信息的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)存儲(chǔ)地圖求解最短路徑。首先回顧了經(jīng)典的路徑規(guī)劃算法，然后對(duì)傳統(tǒng)A*算法進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)行雙向搜索，通過(guò)引入智能算法啟發(fā)函數(shù)選擇因子，改進(jìn)算法估價(jià)函數(shù)，有效減小了算法搜索時(shí)間，并且增強(qiáng)了搜索動(dòng)態(tài)性。最后通過(guò)實(shí)例仿真驗(yàn)證了算法的可行性。
　　(5)基于改進(jìn)蟻群算法的用時(shí)最短路徑誘導(dǎo)
　　對(duì)改進(jìn)蟻群算法在城市道路導(dǎo)航中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在假設(shè)終端聯(lián)網(wǎng)、備選路徑平均車速已知情況下，分別從信息素更新

9、、啟發(fā)函數(shù)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則等方面來(lái)改進(jìn)蟻群算法，并應(yīng)用于路徑導(dǎo)航，使算法有效找到用時(shí)最短路徑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真及綜合分析，改進(jìn)后的蟻群搜索算法具有搜索時(shí)間短，避開(kāi)擁堵，搜索成功率大等特點(diǎn)，路徑導(dǎo)航效果好。
　　(6)基于Q學(xué)習(xí)算法的次優(yōu)備選路徑誘導(dǎo)
　　提出了一種Q學(xué)習(xí)算法來(lái)解決在城市中心交叉路網(wǎng)的多路徑規(guī)劃問(wèn)題。不同于傳統(tǒng)的多路徑算法，該算法更容易借助迭代得到次優(yōu)Q值來(lái)選擇多條備選次優(yōu)路徑。此外，使用邏輯來(lái)提高響應(yīng)速度，并在路徑

10、生成上施加約束條件，以確保候選路徑集合的可靠性。最后仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性和自適應(yīng)性。
　　(7)基于高精度北斗定位的車載終端誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
　　根據(jù)上面理論研究，設(shè)計(jì)一個(gè)基于S3C2440A微處理器作為系統(tǒng)核心，以WindosCE6.0為操作系統(tǒng)，提出高精度北斗定位的車載導(dǎo)航終端系統(tǒng)的軟硬件方案，完成了硬件電路和應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。最后通過(guò)測(cè)試表明，所設(shè)計(jì)北斗定位車載導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的定位導(dǎo)航功