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原文传递高精度北斗定位车载终端诱导系统研究

论文题名：	高精度北斗定位车载终端诱导系统研究
关键词：	车载导航终端;路径诱导;北斗定位芯片
摘要：	智能交通系统ITS(Intelligent Transportation System)是一个非常复杂庞大的系统，而动态路径诱导系统DRGS(Dynamic Route Guidance System)是智能交通系统的一个重要组成部分，其集成了电子通信、计算机网络、卫星导航定位及物联网等现代化技术，从而为出行者提供实时的交通信息和最优的路径规划。车载导航终端作为路径诱导系统的载体，为车辆避开交通管制、拥堵以及智能路径导航提供了方便，而高精度、快速、稳定的实时定位是实时导航的基础。　　北斗卫星导航系统BDS(Beidou Satellite Navigation System)是我国自主研制的全球卫星定位导航系统，是继美国全球定位系统GPS(Global Positioning System)和俄罗斯格洛纳斯系统GLONASS(Glonass System)之后第三个成熟的卫星导航系统。随着北斗二代导航系统在亚太地区组网成功，高精度的北斗定位技术研究及其应用已成为重要的研究方向，而基于高精度北斗定位芯片的车载终端导航系统是BDS的重要应用。但由于GPS投入研究早、使用时间长、各方面性能相对比较完善，目前车载终端导航系统市场大部分被GPS占有，加快对高精度北斗定位技术的深入研究及其产业化推广显得极其重要。本文从提高实时动态的北斗定位精度研究出发，研究了北斗定位及路径诱导技术，最后设计并测试了一个基于北斗定位芯片的车载终端系统。本论文包括以下几个方面的研究内容: 　　(1)高精度北斗精密单点定位技术　　在北斗导航系统静态定位中，提出一种加权最小二乘估计方法对静态定位进行了深入研究。首先，建立出北斗静态精密单点定位的观测方程;紧接着通过对非线性观测方程的线性化处理，从而实现观测方程的最小二乘估计;最后，给出加权最小二乘的估计方法及具体实现步骤。　　(2)高精度北斗动态精密相对定位技术　　研究了高精度北斗动态相对定位的原理和方法。重点研究北斗相对定位中采用的观测模型，从原理上分析了测站间单差、测站卫星间双差和测站卫星历元间三差组合观测值的构成、特点和应用。随后提出了Kalman滤波算法的动态相对定位参数估计方法以及LAMBDA算法进行模糊度固定的方法。最后开展了基于滤波算法的北斗动态相对定位验证试验，分别采用了短基线和中长基线相对定位数据进行验证。　　(3)基于模糊度固定的北斗高精度实时精密单点定位　　针对差分定位受区域内设置参考站范围限制这一缺陷，研究一种精密单点定位技术(precise point position，简称PPP)的模糊度固定技术（precise point position-ambiguity resolution，简称PPP-AR），其需要通过接收实时精密卫星轨道，实时计算卫星钟差及大气改正参数，通过特定手段分离出模糊度中整数信息，采用非差定位的方法，实现实时高精度定位。首先，介绍非差实时精密单点定位的函数模型，然后全面分析了非差PPP定位时模糊度不能直接固定为整数的原因;随后，对影响模糊度参数固定的卫星端和接收机端硬件延迟参数进行了区分和分离，提出了宽巷、窄巷模糊度及卫星端未校准延迟的估计方法，并进一步通过地面监测网数据分离上述参数;最后，构建了北斗实时精密定位的服务流程并进行了实验验证。　　(4)基于双向搜索A算法的距离最短路径诱导　　目前很多路径的寻优问题就是在特定道路网中寻找最短路径问题，在导航系统中通过北斗定位系统可以在路网中得到用户出发点，通过用户输入终点，就可以在起点与终点之间进行经过的路径网络节点搜索从而得到路径。当车载终端没有获得实时路况信息的时候，系统就会根据存储地图求解最短路径。首先回顾了经典的路径规划算法，然后对传统A算法进行了改进，进行双向搜索，通过引入智能算法启发函数选择因子，改进算法估价函数，有效减小了算法搜索时间，并且增强了搜索动态性。最后通过实例仿真验证了算法的可行性。　　(5)基于改进蚁群算法的用时最短路径诱导　　对改进蚁群算法在城市道路导航中的应用进行了研究。在假设终端联网、备选路径平均车速已知情况下，分别从信息素更新、启发函数和状态转移规则等方面来改进蚁群算法，并应用于路径导航，使算法有效找到用时最短路径。通过实验仿真及综合分析，改进后的蚁群搜索算法具有搜索时间短，避开拥堵，搜索成功率大等特点，路径导航效果好。　　(6)基于Q学习算法的次优备选路径诱导　　提出了一种Q学习算法来解决在城市中心交叉路网的多路径规划问题。不同于传统的多路径算法，该算法更容易借助迭代得到次优Q值来选择多条备选次优路径。此外，使用逻辑来提高响应速度，并在路径生成上施加约束条件，以确保候选路径集合的可靠性。最后仿真结果验证了该算法的有效性和自适应性。　　(7)基于高精度北斗定位的车载终端诱导系统设计与实现　　根据上面理论研究，设计一个基于S3C2440A微处理器作为系统核心，以WindosCE6.0为操作系统，提出高精度北斗定位的车载导航终端系统的软硬件方案，完成了硬件电路和应用软件的设计开发。最后通过测试表明，所设计北斗定位车载导航系统运行稳定可靠，并实现了预期的定位导航功能。
作者：	陈俞强
专业：	控制理论与控制工程
导师：	章云
授予学位：	博士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文