1、1南京理工大学机械工程学院研究生研究型课程考试答卷课程名称： 导航定位技术考试形式：专题研究报告 论文 大作业 综合考试考试题目：航位推算法在导航定位中仿真研究学生姓名： 张涛 学号： 114101000147序号 分 项 类 别 分值1 论文格式2 原理介绍3 坐标变换4 仿真图5 字数6 数据分析78总 分 评阅人： 张爱军时 间：2015 年 6 月 15 日2航位推算法在导航定位中仿真研究（张涛114101000147）摘要：随着社会信息化的不断发展，导航定位技术的日益改进，其中的航位推算法已经用于各种领域。文中实验利用GPS接收器与电子罗盘进行DR航位推算能够准确对航位进行实时检测监
2、控，并对这种基于电子罗盘模拟DR航位推算进行实验仿真研究，然后利用DR算法以及相应的坐标转换算法对数据进行处理，本文利用MATLAB软件模拟了经过坐标变换后的定位图，并对误差进行了分析。关键词：GPS，DR算法，电子罗盘，定位一、引言在车辆定位、导航中,由于高架、隧道、立交桥、停车库等原因，天空的可见视野经常被阻挡或是由于城市大建筑物反射卫星信号导致严重的多径效应，结果使得车辆无法获得准确定位信息；在山区、丛林地带也存在同样问题；为了解决这个问题，在车辆上加装车辆角度的变化和速度变化的测量装置，通过航位推算法来自主确定车辆的位置；同时根据卫星信号良好接收时的定位数据、电子地图及位置固定的信标机
3、信号来校准车辆位置和运动方向，来消除航位推算法累计误差,这就是组合定位技术；组合定位技术的应用能在复杂的环境中提供连续、准确、有效的定位数据。目前，对于陆用车辆定位来说，较常用的定位方式有利用全球定位系统（GobalPositionSystem,GPS）和航位推算（DeadReckoning,DR）两种。GPS定位具有全球地面连续覆盖、定位精度高和抗干扰能力强等诸多优点，用户只需要利用GPS接收机就可以方便的得到车辆的三维位置、速度和时间等信息。但当车辆行使在市区高层建筑物、隧道等特殊区域时，会造成GPS卫星信号的质量下降，甚至中断；造成定位误差增大和定位的不连续。DR定位是一种完全自助式的定
4、位方法，其原理主要是利用航向传感器和距离传感器实时检测车辆的航向角和位移，从而推算出车辆的位置信息，具有短时间定位精度高、自主行强等特点。由DR的定位原理可知，DR的推算过程其实是一个信息累加的过程。随着时间的推移，航向传感器和位置传感器的测量误差会使定位误差不断累积加大。因此，3需选用高精度的DR传感器来提高测量精度。但是，这必然会提升定位系统的成本，而成本问题是目前影响定位系统普及和发展的一个主要问题。因此，选用低成本的DR传感器，充分利用GPS和DR两种定位方式优势，相互补充校正的GPS/DR 组合定位方式成为一种必然的选择。二、GPS模块GPS系统之所以可以导航，是因为它可以在1575
5、.42MHz这个频段上接收来自太空中导航卫星的信号，在没有遮挡的开阔地上，根据经纬度、海拔和时间不同(即星历不同)，最多可以同时收到812颗卫星的GPS信号。而在日常生活的都市中则只能同时接收到3到7颗卫星信号。接下来的事情就很简单了，当能够同时接收到来自3颗以上卫星的GPS信号时，GPS接收机就可以确定经纬度坐标(ddd.mm.ss, 度.分.秒)。结合电子地图，您就可以知道自己身处何方了。如果能接收到4颗以上卫星的GPS信号，GPS接收机可以测算出海拔高度。当能够接收57颗星，误差范围一般可以控制在6.2m以内。GPS定位信息一般每秒钟更新一次，通过计算单位时间内GPS定位坐标的变化，GP
6、S就可以计算运动速度了。本文使用GPS模块主要是为了获得一个初始点BLH坐标，综合考虑各种因素选用了JAVAD公司推出的产品JGG100GPS接收板卡。JGG100具有两个中央处理器，均是基于JAVAD公司独创的JNSCORE芯片技术。其中一个处理器用来计算大量、高速输出的定位数据和原始数据，另一个处理器用来作为用户接口处理。JGG100具有非常小的体积，类似JAVADJGG20，完全可以被集成在狭小的空间里。这种接收板预计能够被一些高端用户所看好，以前很多用户提出需要高速出率的接收机，但寻遍整个市场，无人能够提供。这之前的JAVAD的产品最高更新率是20次/秒。技术指标：* 尺寸：88x57
7、x15mm4* 工作温度：-30 -+75 * 储存温度：-40-+85* 电压：6.5-40VDC * 功耗：0.8W(典型值)跟踪性能：*50通道，GPSL1，WAAS/EGNOS,INMARSAT，GLONASSS*具有共同跟踪环专利技术*引入多径抑制的独特算法*可跟踪强度低达+30dB*Hz的信号*高达30gS的动态性能数据特性：*定位数据和原始数据的输出速率最大可达100Hz*具有多基站RTCM输入/输出功能*10cm的码相位和0.1mm载波相位定位精度输入/输出：*4个RS232串行口，通信速率最高可达115.2Kbps*1个有事件标志输入*1PPS输出(TTL)同步于GPS,UT
8、C或GLONASS时钟，精度20ns*2个LED指示灯驱动功能电气特性：*工作电压范围宽（6.5-40V），不需要单独的电源板*所有的功能都工作时，功耗低于0.8W(典型值)*高可靠性、高集成性,高可扩展性*在板锂电池，保证星历信息10年不丢失JGG100 的输出语句格式为$GPALM, $GPGGA, $GPGGA, $GPGSV,$GPRMC等。根据系统的需要，采用$GPGGA输出数据格式，其结构如下：$GPGGA,(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，(10)，(11)，(12) ，(13)，(14) ， *hh其中：(1)确定位置的UTC时间，hhmm
9、ss格式。(2)纬度，ddmm.mmm格式(数据头被传送)。5(3)半球纬度N(北纬)或S(南纬)。(4)经度，dddmm.mmm格式(数据头被传送)。(5)半球经度E(东经)或W(西经)。(6)GPS卫星性能指示，0=未定位，1=单点定位，无差分GPS定位 2=差分GPS定位(DGPS)。(7)可使用卫星数，00到12(数据头被传送)。(8)水平离散精度，1.0到99.9。(9)天线的海拔高度，-999.9到9999.9米。(10)海拔高度，-999.9到9999.9米。(11)大地椭球面相对于海平面的高度g.g(-9999.99999.9，单位：m):20.6m。(12)几个大写的M都代表
10、单位为米。(13)差分GPS(RTCM-SC104)数据生命周期，实时GPS时则为无。(14)差分基站的ID号(01024的一个整数值)，非差分为空。*hh为总的校验和为回车，换行符。三、DR导航航位推算(Dead-Reckoning,简称DR)是一种常用的车辆导航定位技术,相应的航位推算导航的基本原理是利用车辆的航向信息和速度信息来推算车辆下一时刻的位置。3.1 航位推算必要性GPS定位系统能够提供高精度的、全天候的、实时的定位信息。但在某些特殊地区，GPS信号可能受到阻碍或者受到多路效应的影响，所以仅仅靠GPS来进行导航定位有时不能达到很好的精度，人们就此提出了组合导航定位方式，如GPS/
11、NIS、GPS心R、GPS心R/DM，等等。其中，航位推算(简称DR)技术，被广泛应用于车辆导航定位中，虽然人们一般并不强调它的重要性，但是，尽管各种现代导航系统 (比如卫星导航、无线电导航等)的应用范围日益扩大，航位推6算的作用却仍然不能忽略，因为它有四个独特的优点：可不受干扰地随时定位，不像无线电导航、卫星导航系统，经常在需要精确定位的时候，却因收不到信号而无法定位；高动态性，由于计算机的复杂性，即使现代的GPS接收机也只有每秒一个的位置更新，因此只能适用于有限的动态范围，而航位推算法至少要比它快20倍；能直接给出DR载体的距离和方向信息；造价较低。上述四点使航位推算法在导航定位中处于一种
12、独特的地位。3.2航位推算原理DR是经典的独立定位技术。如果其起始位置和以前所有时刻的位移已知，则通过在初始位置上累加位移矢量的方法可以计算出物体的当莳位胃，这就是DR定位的原理。航位推篼系统实际上是一个简化了的惯性导航系统，它依靠惯性传感器来拾取车辆的位移信息、航向信息以及高度信息。以车辆导航为例简述航位推算法的基本原理。将车辆的运动看成平面二维运动，已知车辆起始点的位置和方向角，根据行驶的距离及角度变化可以推算出下一点的位置，设车辆的起始位置 和初始方位角 已知，再通过实时测量车辆行驶的距离S和方位角的变化量 ，就可以推算出车辆下一时刻的位置【4】。具体算法如下：图1 航位推算原理图 （1
13、）以此推算得：7（2）由上面的算法可以看出:航位推算系统工作需要实时测得前后时间距离的变化量S和 ；航位推算系统本身不能确定车辆的初始时刻的位置 和航向角 ，需要借助其他定位手段来得到航位推算系统的初始值，在GPS/DR组合定位系统中，可以通过GPS定位来标定航位推算系统的初始值；航位推算实质上是一个信息累加的过程，不同时刻的测量误差和计算误差会累积起来，随着时间的推移，航位推算系统的误差是一个发散的过程，所以航位推算不能用于长时间的单独定位，需要借助其他的定位手段对累积误差进行补偿，在GPS/DR组合定位系统中，GPS定位正是起到这样一个作用。3.3航位推算误差分析航位推算是一个累加的过程，
14、由于这种累加会把不同时刻的测量误差和计算误差都累积起来，所以随着时间的推移，航位推算系统的误差是一个发散的过程，由其推算出的载体位置和载体实际位置间的距离误差必然发散【9】。所有传感器的误差均会造成位置误差的积累，使得定位精度降低。影响电子罗盘定向精度的因素主要由以下6种：电子罗盘转换的分辨率；温度影响；磁传感器误差；地球磁场的变化；电子罗盘的倾斜误差；使用环境的铁磁介质引起的磁场变化。由于三维电子罗盘是根据地磁原理计算磁航向角，降低或消除外界干扰磁场对其输出精度的影响，是在工程应用中必须解决的问题。影响电子罗盘定向精度的因素很多，如磁传感器的安装误差、磁罗盘装置自身存在的数据采集与转换误差（
15、统称为电器误差），多轴磁传感器存在的非正交误差、干扰磁场引起的磁罗差等。三维电子罗盘中使用的传感器有：三维磁阻传感器和二维倾角传感器。其8中，磁阻传感器测量地球磁场，倾角传感器测量罗盘的姿态。输出的指向是罗盘指北轴线在水平面的投影和地磁北线在地面投影的夹角。航位推算的误差主要有两个方面:一是由算法本身和外界环境引起的系统误差，包括安装误差，初始航向角误差和初始位置误差等；二是来自于导航传感器的误差，主要是电子罗盘和车辆里程计带来的误差。本文只用了电子罗盘，电子罗盘是利用电磁场来测量航向角的。电子罗盘航向角的输出易受到外界环境的干扰而精度降低，并且真实北极与磁北极并不是重合的，它们的差值会随时间
16、和位置的变化而变化。对罗盘进行标定，误差补偿可以减少这些误差。四、电子罗盘介绍上文提到了要用电子罗盘来对GPS信号进行补偿，以此来保证导航定向信息100%有效，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。在DR导航系统中常用的角度测量传感器有罗盘和角速率陀螺，相对于角速率陀螺仪，罗盘的价格会低很多，并且合适的罗盘能够满足车载导航对精度和速度的需求，所以本文的角度测量选用罗盘。4.1电子罗盘的工作原理罗盘是利用地磁场来寻找北极的，地球的磁场强度大约为0.5-0.6高斯，并且具有一个始终指向地球的磁北极并且平行于地球表面的成分，这为制造磁罗盘提供了理论基础。大多数电子罗盘的组成包括两
17、轴倾斜传感器、三轴磁阻传感器、模数转换电路和微处理器。两轴倾斜传感器用来测量罗盘的姿态角，三轴传感器用来测量三维空间中相互垂直的3个方向的磁场分量，测量的姿态角和磁场分量通过模数转换器进行转换后进入微处理器进行处理和误差补偿，最后通过端口输出。其组成原理框图如图2.1所示，测量示意图如图2.2所示。9图2.1罗盘原理框图图2.2罗盘测量示意图设电子罗盘测得的地球磁场强度分量为X、Y、Z,俯仰角为，横滚角为，将X、Y、Z投影到水平面上，记做 hX 、 hY 、 hZ ，有如下关系:1 0 0 cos 0 sin0 cos sin 0 1 00 sin cos sin 0 coshhhX XY Y
18、ZZ cos sinhX X Z sin sin cos cos sinhY X Y Z sin cos sin cos coshZ X Y Z 则磁方向角为: 1 1 sin sin cos cos sintan tan cos sinhM hY X Y ZX X Z 如己知重力矢量 hZ ，由上式可以得到: sinsin cos cos hY ZX Z 1 sintan cos sin coshM Z YX Z 10m 表示载体与地磁北极的夹角，磁场南北极分别在地理南北极附近，但两者并不重合。地磁场的磁感线与水平面的夹角称为磁偏角，磁偏角在地球的不同位置值是不同的，磁航向角加上或减去当地的
19、磁偏角就可以得到地理航向角。某个地域的磁偏角可以通过查找全球的地磁偏角地图得到，或者利用GPS加上IGRF(国际地磁参考区域)得到。4.2电子罗盘的误差分析电子罗盘的误差内因在于其内部传感器，磁阻传感器内部具有惠斯通电桥，电桥的电阻在外加磁场时会发生变化，进而使输出电压产生相应的变化。磁阻传感器在制造和使用过程中都不可避免的存在误差，外界环境也会对其产生干扰，如电源噪声，电子罗盘周围的磁性物质，外界磁场等都会影响罗盘的精度。电子罗盘的误差主要包括两类:第一类是电子罗盘自身存在的误差，即系统误差，主要表现为影响磁阻传感器的输出，包括制造和安装误差。制造误差主要来自三个方面:(1)零位误差，包括传
20、感器、模拟电路以及模数转换电路的零点不为零；(2)灵敏度误差，三个磁阻传感器的灵敏度不相同；(3)正交误差，制造时没有保证三个磁阻传感器的测量轴正交。安装误差主要是在安装的过程中不能保证三个磁阻传感器的测量轴分别与机体运动的横向、纵向、竖向三个轴平行而引起的。第二类是由外界环境引起的误差，地球的磁子午面与地理子午面也始终存在着偏差，我们一般将其统称为磁差。对于地磁力而言，由于地球只是一个近似的均匀磁化球体，它的地磁要素在地理的各个位置上都有所不同，因而磁差的大小也各不相同，一般随地理位置的变化而变化。磁差不仅随地区不同而不同，而且还随时间缓慢地变化。电子罗盘的误差方程如式:sin cos si
21、n2 cos2M M M M MA B C D E M M 上式中:补偿后航向角。m 电子罗盘输出的航向。11A、B、C、D、E误差补偿系数。4.3三维电子罗盘XW-EC1730XW-EC1730三维电子罗盘采用全固态器件、内嵌温度传感器和温度补偿算法，可准确测量载体的航向和倾斜角。产品在设计时充分考虑了用户需求和产品集成性，其性能指标、数据格式、命令格式、安装尺寸均与TCM2.5相兼容。XW-EC1730的三轴数字磁力计可以测量磁场的强度和方向，同时将x，y和z参量输入计算机，比起机械式或其他类型的磁力计，这种产品有着低功耗、高灵敏度、响应速度快、体积小、可靠性高等特点；XW-EC1730的
22、倾斜传感器可以测量非水平状态下罗盘的姿态角度，用来补偿罗盘平面的磁场分量，提高测量精度并同时输出当前被测载体的姿态(横滚、俯仰角)。XW-EC1730的特点：三轴磁传感器测量空间磁场，双轴倾角补偿；温度自动补偿，抗干扰能力强；全固态设计，动态性能好；多种信息输出。XW-EC1730为用户配备了简单易操作的命令集，可以解决实际应用中的多种问题。它的性能参数如下表所示：指标 参数 单位航向精度 0.5 航向分辨率 0.1 航向重复性 0.2 姿态精度 0.2 姿态分辨率 0.1 姿态测量范围 60 姿态重复性 0.1 工作电压 55% VDC工作电流 55 mA工作温度 -40+80 C响应速度
23、38 Hz数据格式 RS232，NMEA0183 19200.N.8.1物理尺寸 63.55116 Mm重量 35 g图2.3XW-EC1730电子罗盘参数表12五、坐标转化GPS接收机接收到的是基于大地坐标系的经度，纬度等信息，而在DR导航系统中进行船位推算使用的是基于地理坐标系的东北天坐标系，所以在组合系统中需要进行不同坐标系下的参数转化，从而更方便地显示车辆的位置与导航轨迹。5.1坐标系的定义(I)WGS84世界大地坐标系WGS84世界大地坐标系，是由美国国防制图局根据TRAN-SIT卫星定位测量成果而建立的一种协议地球坐标系。它的坐标原点位于地球的质量中心， 84WGSZ 轴平行于国际
24、时间局BIH1984.0时元定义的协议地球极轴方向， 84WGSX 轴指向国际时间局BIH1984.0时元定义的零子午面和地球赤道的交点， 84WGSY 轴指向协议地球东向，垂直于 84WGSX 轴方向，如图5.1图5.1WGS84世界大地坐标系示意图WGS84系所实用的地球椭球体称为WGS84椭球体，椭球体使用的参数如下:长半轴:a=6378137士2(m)地球引力常数: EGM = ）（ 23/sm1080.63986005 地球自转角速度: ）（rad/s100.1500107292115 -11-110 13正常化二阶带球系数: -9-62.0 100.150010-484.16685
25、 C(2)大地坐标系(B，L，h)大地坐标系以大地参考椭球面为基准面进行定义，如图2.3所示。图5.2大地坐标系示意图B:大地纬度，通过观测站的参考椭球面的法线与赤道面的夹角。L:大地经度，通过观测站的大地子午面与本初子午面得夹角。h:大地高度，观测站沿法线到参考椭球面的距离。(3)地理坐标系(X,Y,Z)对车辆来说，地理坐标系原点位于车辆的重心，ox轴在水平面内指向东向，oy轴指向正北方向，oz轴垂直指向天，形成右手坐标系。根据坐标轴正向取向不同，有三种不同的取法，即东北天，西北天，北西天。文中采用的是东北天坐标系。5.2 坐标系的转换GPS接收机接收到GPS（大地坐标：经度、纬度和高度值）
26、信号后，并不利于显示，需要将大地坐标进行转换，现选用东北天坐标系（也叫站心坐标系）作为显示的依据。GPS接收机接收到的第一个信号L（经度）、B（纬度）和H（高度），作为东北天坐标系的原点。141.大地坐标与直角坐标的相互转化对空间某一点，大地坐标系(L,B,H)到直角坐标系(X,Y,Z)的转换关系如下： BHeNZ LBHNY LBHNX sin)1( sincos)( coscos)( 2 （1）由直角坐标系(X,Y,Z)转化到大地坐标系(L,B,H)的公式如下： )1(sin/ )1(/)(arctan )/arctan( 2 222eNBZH HeNYXHNZB XYL （2）式中： B
27、eaN22sin1/ ，N为该点的卯酉圈曲率半径； 2222 /)( abae ，a、b、e分别为该大地坐标系对应参考椭球的长半轴、短半轴和第一偏心率。长半轴a=63781372m，短半轴b=6356.7523142km， 90130066943799.02 e 。从公式（2）看出，经度比较容易求得，纬度和高度必须通过迭代计算获直接计算得到。迭代计算的次序为：N H B ，通常迭代四次可以达到H优于0.001m，B优于0.00001的计算精度；教科书中给出的直接法计算公式比较繁琐，有的计算公式的应用条件受到一定限制，例如要求大地高度小于10000m时，才能使B、H达到上述计算精度，有的直接计算
28、公式精度较低。根据张华海提供的方法，本文建议采用该方法将直角坐标（X,Y,Z）转变成大地坐标（L,B,H）。该方法的公式形式比较简便，B、H的计算精度高；用计算出的具有一定精度的 0B ，直接求出H，一次性计算出满足精度要求的H；再将H值代入公式（2）中，求出B值。令 )/(arctan( 22 bYXZau ，a、b分别为长半轴和短半轴。将u代入下式，求出B0： )cos/()sinarctan( 3222320 uaeYXuebZB 022sin1/ BeaN )1(/)(arctan ;)sin();/arctan(222 20222 HeNYXHNZB NBNeZYXH XYL 15其
29、中：e为第二偏心率， 2 0.00673949674227e 。通过上市就可以得到精度较高的大地坐标（LBH）。2直角坐标与东北天坐标的相互转化以GPS接收到的第一点作为东北天坐标系的原点，以通过坐标原点且指向天顶的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为y轴（向北为正），x轴指向东，且与y、z轴垂直（向东为正）。11 21 sin cos sin cos cos ( )cos cossin sin cos cos sin ( )cos sincos 0 sin (1 ) sinX B L L B L y N H B LY B L L B L x N H B LZ B B z N e H B
30、 直角 东北天 （3）设坐标换矩阵表示为： BB LBLLB LBLLB sin0cos sincoscossinsin coscossincossinR （4）（3）式可化简为：11 21 ( )cos cos( )cos sin (1 ) sinX y N H B LY x N H B LZ z N e H B 直角 东北天 R （5）令 BHeN LBHN LBHNZYXZYX sin)1( sincos)( coscos)( 2111 直角 ，则可得到东北天坐标：1 Xyx Yz Z 东北天R （6）其中： BLBLB LL BLBLB sinsincoscoscos 0cossin
31、cossinsincossin1R （7）将公式（6）展开得到东北天坐标：16 ZBYLBXLBz ZBYBLXLBy YLXLx sinsincoscoscos cossinsincossin cossin （8）六、实验及数据处理6.1实验实验内容：1. 用GPS接收机采集5分钟的GPS数据，以确保接受到四个卫星的数据。通过串口调试助手观测并保存GPS数据为“txt”格式。2. 用XW-EC1730电子罗盘放置在稳定的水平桌面上，每隔一段时间改变一下罗盘的方向，并记录时间间隔；用罗盘演示软件一定平率不断采集罗盘航位角等数据信息，30分钟后停止采集。6.2数据处理（1）首先对GPS数据做取平
32、均值处理处理，得到B、L、H；（2）导入罗盘数据到MTALB中，先在东北天坐标系下进行DR计算，另：罗盘测得的航向角与地理北极存在偏角，南京的偏角为5，故在计算时要把罗盘测得的航向角减5处理。取V=3m/s；罗盘采样时间间隔t=19/60=0.3167s。按DR算法可以得到如下运动轨迹图：17图6.1 东北天坐标系下运动轨迹图然后把东北天坐标准换到空间直角坐标系，转换公式为:11 21 ( )cos cos( )cos sin (1 ) sinX y N H B LY x N H B LZ z N e H B 直角 东北天 R其中 BB LBLLB LBLLB sin0cos sincosco
33、ssinsin coscossincossinR得到空间直角坐标系后再转换成大地坐标系，转换过程：令 )/(arctan( 22 bYXZau ，a、b分别为长半轴和短半轴。将u代入下式，求出B0： )cos/()sinarctan( 3222320 uaeYXuebZB 022sin1/ BeaN )1(/)(arctan ;)sin();/arctan( 222 20222 HeNYXHNZB NBNeZYXH XYL 最后得到大地坐标系下的运动轨迹图：18图6.2 大地坐标系下运动轨迹图误差分析：使用航位推算法进行导航定位的误差主要来自于电子罗盘采集数据的误差和航位推算法本身原理的误差。
34、电子罗盘是用来检测磁场的, 所以它对于外界干扰和地球磁场无法做到实时准确的区分, 即使其内部带有一定的消除干扰磁场的能力, 所以电子罗盘通过磁场信号计算得到的航向角信息也有一定的误差。由于测量航向角时，罗盘放在电脑上，会受到电脑风扇磁铁的影响，输出数据也会有一些误差。另外，传输线将会给罗盘输出的方位数据带来一定的噪声误差, 其中不仅包含有高斯噪声, 也包含有脉冲噪声。所以对测得数据最好进行滤波，使用matlab编程实现332阶FIR滤波器对航向角数据进行滤波，滤波前后数据图形如图6.3，6.4所示。19图6.3 滤波前航向角数据图6.4 滤波后航向角数据从图中看出滤波后的航向角数据比滤波前平滑
35、了许多，从而可以减小测量误差。另外，可以从航向角数据看出罗盘改变了5次方向，由于第二次改变的角度太小，以至于在模拟轨迹图中看不出这次变化。另一个误差原因是航位推算本身原理造成的，航位推算实质上是一个信息累加的过程，不同时刻的测量误差和计算误差会累积起来，随着时间的推移，航位推算系统的误差是一个发散的过程，所以说电子罗盘的误差会被累加放大，影响定位精度。所以一般情况下航位推算不能用于长时间的单独定位，需要借助其他的定位手段对累积误差进行补偿。20七、总结本文使用GPS接收板卡测得初始点经纬度，并通过每隔不定时间转动电子罗盘的方式来模拟车辆的运动，利用matlab软件对罗盘数据和GPS数据进行了处
36、理，并进行坐标变换，分别画出了车辆在东北天坐标系和大地坐标系下的模拟运行轨迹，从而模拟了航位推算法导航的过程，最后分析了航位推算法导航定位的误差原因，提出可以通过对航向角数据进行FIR滤波来减小误差的方法。参考文献：1 李晓鹏.GPS/DR组合定位方法研究.湖北：武汉大学测绘学院，GPSWorldofChina，20022 杨荣荣，曹洁，张玲.GPS/DR组合定位技术的仿真研究.兰州：兰州理工大学， 科学技术与工程.2008，8:9（2372-2375）3 董绪荣，张守信，华仲春.GPS/INS组合导航定位及其应用. 北京：国防科技大学出版社，19984 胡伍生，高成发.GPS测量原理及其应用
37、. 北京：人民交通出版社，20045 张华海，郑南山，王军，李景芝. 由空间直角坐标计算大地坐标的简便公式.全球定位系统.2002，4:9-126 岳海波.GPS/DR车载组合导航定位系统研究.江苏:南京理工大学硕士论文，2009.附录：MATLAB仿真程序fid0=fopen(gps.txt);data=textscan(fid0,%*s%f%f%*s%f%*s%f%f%f%f%*s%f%*s%*s%*s,.delimiter,);formatlongdata0=cell2mat(data)n1n2=size(data0)21a=sum(data0);B=a(2)/(n1*100)L=a(3
38、)/(n1*100)H=a(8)/n1formatshorte1=(63781402-63567552)/63781402N=6378140/(sqrt(1-e1*(sind(B)2)X=(N+H)*cosd(B)*cosd(L)Y=(N+H)*cosd(B)*sind(L)Z=(N*(1-e1)+H)*sind(B)R=-sind(B)*cosd(L) -sind(L) cosd(B)*cosd(L);-sind(B)*sind(L) cosd(L)cosd(B)*sind(B);cosd(B)0sind(B)num=xlsread(luopan.xls)c=num(:,2)n3n4=siz
39、e(c)fori=1:(n3+1)ifi=1x(i)=0;y(i)=0;else d=c(i-1)-5;x(i)=x(i-1)+3*0.35*cosd(3);y(i)=y(i-1)+3*0.35*sind(3);endendfigure(1)plot(x,y)XLabel(x增长的方向为东)YLabel(y增长的方向为北)e2=0.00673949674227fori=1:n3+1x1(i)=y(i)*(-sind(B)*cosd(L)+x(i)*(-sind(L)+X;y1(i)=y(i)*(-sind(B)*sind(L)+x(i)*cosd(L)+Y;z1(i)=y(i)*cosd(B)
40、+Z;u=atan(z1(i)*6378140/(6356755*sqrt(x1(i)2+(y1(i)2);B0=atan(z1(i)+6356755*e2*(sin(u)3)/(sqrt(x1(i)2+(y1(i)2)-6378140*e1*(cos(u)3);22l(i)=atand(y1(i)/x1(i)+180;h(i)=sqrt(x1(i)2+(y1(i)2+(z1(i)+N*e1*sind(B0)2)-N;b(i)=atand(z1(i)*(N+h(i)/(N*(1-e1)+h(i)*sqrt(x1(i)2+(y1(i)2);endfigure(2)plot(b,l,r)XLabel(纬度)YLabel(经度)滤波程序f1=4;f2=10;fs=100;m=(0.3*f1)/(fs/2);M=round(8/m);N=M-1;b=fir1(N,0.5*f2/(fs/2);sf=filter(b,1,a2);plot(a1,sf)figure(3)plot(a1,a2)
