【正文】 相關(guān)的，將其表示為時(shí)間多項(xiàng)式，并引入平差模型中一并求解多項(xiàng)式的系數(shù)；③通過在衛(wèi)星求一次差消除接收機(jī)的鐘差。這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)被稱作多路徑效應(yīng)。減弱對流層折射的影響主要有三種措施:① 采用對流層模型加以改正，其氣象參數(shù)在測站直接測定。③利用同步觀測值求差，這種方法對于短基線的效果尤為明顯。1) 電離層折射誤差距離地面50km1000k范圍之間的大氣層為電離層，由于氣體分子受到太陽等天體各種射線輻射產(chǎn)生強(qiáng)烈電離，形成大量的自由電子和正離子。衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包含鐘的隨機(jī)誤差。1) 衛(wèi)星星歷誤差 衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實(shí)際位置間的偏差，由于衛(wèi)星空間位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測軌結(jié)果計(jì)算求得的，所以又稱為衛(wèi)星軌道誤差。: GPS定位圖 GPS測量誤差分析 在GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，任何的誤差將影響定位參數(shù)的精度。為此，要實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)絕對定位必須同時(shí)觀測4個(gè)衛(wèi)星，組成定位的基本方程。也就是，對這3個(gè)方程式求解，便得到該點(diǎn)的坐標(biāo)。 GPS絕對定位的實(shí)質(zhì)是基于測量學(xué)中的空間距離后方交會，在GPS觀測中，我們得到衛(wèi)星的位置和衛(wèi)星到測點(diǎn)的距離(偽距)，然后就以衛(wèi)星為球心、以距離為半徑做球面。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)隨時(shí)間的改變而改變的量。根據(jù)定位的模式 （1）絕對定位GPS絕對定位也叫單點(diǎn)定位，它是利用一臺接收機(jī)觀測導(dǎo)航衛(wèi)星，獨(dú)立地確定出自身在WGS84地心坐標(biāo)系中的位置。（2）載波相位定位 載波相位測量是測量GPS載波信號從GPS衛(wèi)星發(fā)射天線到GPS接收機(jī)接收天線在傳播路程上的相位變化，從而確定傳播距離的方法。偽距定位所采用的觀測值為GPS偽距觀測值，所采用的偽距觀測值既可以是C/A碼偽距，也可以是P碼偽距。目前各種類型的接受機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。地面監(jiān)控部分的主要任務(wù)是：①監(jiān)視衛(wèi)星的運(yùn)行；②確定GPS時(shí)間系統(tǒng)；③跟蹤并預(yù)報(bào)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘狀態(tài)；④向每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲注入衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。主控站位于美國克羅拉多(Colorado)的法爾孔(Falcon)空軍基地，它的作用是根據(jù)各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送到3個(gè)地面控制站。⑤在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。C/A碼人為采取措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。此外，還有4顆備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。本文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有:闡述GPS定位原理，分析其定位結(jié)果誤差來源；采用卡爾曼濾波與最小二乘法進(jìn)行濾波，比較并分析濾波結(jié)果；利用MATLAB軟件來仿真GPS定位結(jié)果的去噪效果進(jìn)行分析。 課題的研究內(nèi)容本文針對GPS的導(dǎo)航定位原理以及定位結(jié)果的消噪濾波方法進(jìn)行研究分析。動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)如星載GPS接收機(jī)，應(yīng)用卡爾曼濾波進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性，尤其是在GPS接收機(jī)在某些時(shí)刻無GPS信號時(shí)，仍可以利用卡爾曼濾波預(yù)測方程遞推得出這些時(shí)刻的位置和速度，不需要很大的存儲空間。隨著卡爾曼濾波技術(shù)的不斷成熟以及計(jì)算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)，卡爾曼濾波技術(shù)在導(dǎo)航定位領(lǐng)域一定會獲得更為廣泛的應(yīng)用。但是對于快速發(fā)展的社會需求來說，這樣的位置精度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。GPS可提供雙重服務(wù)的定位系統(tǒng)，即可提供軍用(PPS)和民用(SPS)兩種不同的服務(wù)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國的GPS系統(tǒng)，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，歐盟的伽利略系統(tǒng)和我國自行研制的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。早在20世紀(jì)初，就有了無線電測向系統(tǒng)。據(jù)史料記載，早在四千年前，黃帝和蛋尤作戰(zhàn)時(shí)，為了辨明方向以追擊敵人，就曾使用了指南車，有“蛋尤大霧，黃帝用指南車戰(zhàn)而勝之”之說法。 Kalman filtering目 錄第1章 緒論 1 GPS的發(fā)展歷史 1 卡爾曼濾波在GPS的應(yīng)用現(xiàn)狀 2 課題的研究內(nèi)容 2第2章 GPS衛(wèi)星定位原理 3 GPS全球定位系統(tǒng)的組成 3 GPS衛(wèi)星定位基本原理 4 GPS測量誤差分析 6 7 7 8 坐標(biāo)系的分類 9第3章 濾波算法研究 11 信號分類 11 信號的估計(jì)準(zhǔn)則 11（RLS）算法 12 卡爾曼(Kalman)算法 14 14 15 交互式多模型（IMM）算法 18 18 19 蒙特卡洛(Monte Carlo)模擬 23第4章 基于GPS定位結(jié)果的消噪濾波仿真研究 24 24 性能準(zhǔn)則 24 方案一的濾波實(shí)驗(yàn)分析 25 25 26 方案二的濾波實(shí)驗(yàn)分析 28 28 29 30 31第5章 基于GPS定位結(jié)果的消噪濾波GUI設(shè)計(jì) 33 GUI設(shè)計(jì)簡介 33 GUI開發(fā)環(huán)境 33 GPS定位結(jié)果的消噪濾波GUI設(shè)計(jì) 37第6章 總結(jié) 42謝 辭 44參考文獻(xiàn) 45附 錄 46附件一：kalman算法程序清單 46附件二：LS算法程序清單 48 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第52頁 共49頁第1章 緒論GPS動(dòng)態(tài)定位數(shù)據(jù)的處理廣泛采用卡爾曼濾波技術(shù)，而應(yīng)用卡爾曼濾波要求運(yùn)動(dòng)模型準(zhǔn)確可靠，但由于載體真實(shí)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜多變，任何單一模型都難以全面描述，致使單一模型的濾波都容易出現(xiàn)模型誤差，針對這一問題，將機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的交互式多模型算法引入到車載導(dǎo)航中。 Secondly, mainly GPS kinematic positioning data filtering, the use of LS and kalman filter algorithm to process the data obtained from the receiver。本論文主要是利用MATLAB軟件，對GPS定位結(jié)果的去噪效果進(jìn)行分析研究，并對濾波前后的定位精度進(jìn)行比較。但就其定位精度而言，從GPS衛(wèi)星到信號的接收存在著諸多誤差源，尤其是測量隨機(jī)誤差和衛(wèi)星的幾何位置誤差，使定位精度受到影響。衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(GPS)目前已在航空、航海及陸地車輛導(dǎo)航中獲得廣泛的應(yīng)用。而且采用時(shí)域狀態(tài)空間法，適合于多變量系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)及非平穩(wěn)隨機(jī)過程，其遞推特點(diǎn)容易在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，是一種最優(yōu)估計(jì)的實(shí)時(shí)遞推算法，因此得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:IMM；GPS；LS；Kalman濾波AbstractWith the development of science and technology, GPS navigation and positioning technology has high accuracy, high dynamic direction. Satellite global positioning system (GPS) has been in the aviation, marine and land vehicle navigation to get a wide range of applications. However, in terms of its accuracy, the signal from the GPS satellite to the receiver there are many sources of error, especially in measuring the geometric random errors and satellite position errors affect positioning accuracy. Difficult to eliminate the use of traditional methods, have to use a specific filter to eliminate all kinds of random error, thereby improving positioning accuracy of GPS navigation. The Kalman filter in the process of solving not need to store large amount of observational data, and when the new observation data obtained when the filter parameters can be calculated the value of the new, easy to handle realtime observations. And time domain state space method suitable for multivariable systems and timevarying systems and nonstationary random process, the recursive feature easily implemented on a puter, is a recursive optimal estimation algorithm for realtime, so widely applied .This thesis is the use of MATLAB software, GPS positioning results of analysis of the effects of noise reduction, and the positioning accuracy before and after filtering were pared. First, the analysis of principles and error sources of GPS positioning。 LS。 GPS的發(fā)展歷史導(dǎo)航(或早期的航海)是一門古老的學(xué)科。19世紀(jì)電磁波的發(fā)現(xiàn)為近代無線電導(dǎo)航奠定了基礎(chǔ)，無線電導(dǎo)航是導(dǎo)航史上的一次革命。于是出現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由于它具有比地基無線電系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)和精度，因而得到了迅速的發(fā)展。在信息需求日益增長的現(xiàn)代社會，GPS由于能夠全球覆蓋、全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)提供高精度三維位置、三維速度和時(shí)間信息的能力，在軍事、民用方面都得到了廣泛應(yīng)用。民用GPS接收機(jī)的水平定位精度可達(dá)15m(95%)，可以滿足普通用戶的基本需求?？柭鼮V波理論作為一種最優(yōu)估計(jì)的實(shí)時(shí)遞推算法，采用信號與噪聲的狀態(tài)空間模型，利用前一時(shí)刻地估計(jì)值和新時(shí)刻的觀測值來更新對狀態(tài)變量的估計(jì)，求出新時(shí)刻的估計(jì)值，適合于實(shí)時(shí)處理和計(jì)算機(jī)運(yùn)算。將卡爾曼濾波最優(yōu)估計(jì)理論應(yīng)用于GPS定位解算模型中，充分利用各種統(tǒng)計(jì)信息包括載體的運(yùn)動(dòng)特性及GPS測量量的統(tǒng)計(jì)特性，將真正的狀態(tài)從隨機(jī)噪聲中實(shí)時(shí)地最優(yōu)估計(jì)出來。目前，隨著GPS應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的定位方法越來越不能滿足其日益增長的性能要求，因此將卡爾曼濾波理論應(yīng)用到衛(wèi)星導(dǎo)航中對國防和民用事業(yè)具有非常重要的意義。這樣當(dāng)信號與噪聲同時(shí)輸入時(shí)，在輸出端能將信號盡可能精確地重現(xiàn)出來，使噪聲受到最大抑制。第2章 GPS衛(wèi)星定位原理 GPS全球定位系統(tǒng)的組成全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)，簡單地說，這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。(1)空間部分GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20200km的上空，均勻分布在6個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4顆)，軌道傾角為55度。一組稱為p碼(ProciseCodel0123MHz)，P碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無法解讀，主要為美國軍方服務(wù)。GPS衛(wèi)星的基本功能是:①接收和存儲由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令；②衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，進(jìn)行部分必要的數(shù)據(jù)處理工作；③通過星載的高精度艷鐘和鉚鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)堆；④向用戶發(fā)送導(dǎo)航與定位信息。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過初步處理后，傳送到主控站。如果某地面站發(fā)生故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間，但導(dǎo)航精度會逐漸降低。主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層的延時(shí)，實(shí)際測出的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定的差值，因此一般稱量測出的距離為偽距。另外，若采用精度較高的P碼偽距觀測值，還存在AS的問題。其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，存在整周模糊度的問題。根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（1）動(dòng)態(tài)定位 所謂動(dòng)態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測過程中的位置是變化的。在測量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式多臺接收機(jī)在不同的測站上進(jìn)行靜止同步觀測，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。這3個(gè)球面相交的一點(diǎn)，就是我們要求的測點(diǎn)的位置。要求解出這4個(gè)未知數(shù)，必須有4個(gè)方程式。為衛(wèi)星的瞬時(shí)地心坐標(biāo)，可由衛(wèi)星星歷電文中求出。誤差主要可分為如下三類: (1)與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；(2)與GPS信號傳播有關(guān)的誤差；(3)與觀測和接收機(jī)有關(guān)的誤差。2) 衛(wèi)星鐘誤差衛(wèi)星鐘差是指GPS衛(wèi)星時(shí)鐘與