【正文】 ） 5 經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)） 6 GPS狀態(tài)：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算 7 正在使用解算位置的衛(wèi)星數(shù)量（00~12）（前面的0也將被傳輸） 8 HDOP水平精度因子（~） 9 海拔高度（~） 10 地球橢球面相對大地水準面的高度 11 差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空） 12 差分站ID號0000~1023（前面的0也將被傳輸，如果不是差分定位將為空） : 部分GPS數(shù)據(jù)$GNGGA,N,E,1,07,M,M,67$GNGGA,N,E,1,07,M,M,68$GNGGA,N,E,1,07,M,M,79$GNGGA,N,E,1,07,M,M,73$GNGGA,N,E,1,07,M,M,76$GNGGA,N,E,1,07,M,M,7C$GNGGA,N,E,1,08,M,M,7F某段時間內(nèi)接收機得到的3665個數(shù)據(jù)（帶有誤差的觀測值），對這些數(shù)據(jù)分別用kalman和ls濾波處理。首先，對這些數(shù)據(jù)進行采樣，采樣間隔為3，采樣點數(shù)為1000。然后，對采樣后的數(shù)據(jù)進行特征提取，即分別提取定位數(shù)據(jù)的緯度、經(jīng)度和高度。最后，設(shè)計kalman和ls算法對采樣后的數(shù)據(jù)進行濾波處理，得到緯度、經(jīng)度和高度的估計值。（具體算法見附錄1）。對采樣后的1000個點，分別從經(jīng)度、緯度和高度三個角度分析ls和kalman濾波效果。藍色線表示1000個點的觀測值，是從接收機得到的含噪信號，即待處理的信號；紅色線表示對這些觀測值用kalman算法處理后得到的估計值；黑色線是用ls算法處理后得到的估計值。1）從結(jié)果可以看出，ls和kalman濾波處理得到的估計值較觀測值要平滑很多，而且緊跟觀測值的波動。從帶噪聲的觀測值中定位產(chǎn)生的軌跡看，我們可以明顯看到軌跡走勢很不穩(wěn)定突變性比較隨機，從軌跡中我們還可以看到很多直角和失真的軌跡走勢。，觀察次數(shù)在6001000次這個范圍定位結(jié)果受到噪聲干擾的影響比較大。如果未經(jīng)濾波就直接將觀測數(shù)據(jù)用來作為定位結(jié)果數(shù)據(jù)使用，那么定位結(jié)果的誤差將會很大。但是經(jīng)過ls和kalman濾波處理后，都能夠濾除觀測值中的噪聲，得出比較平滑的定位軌跡。觀測值中雖然含有噪聲，但是它還是能反映真實值的變化趨勢。在此基礎(chǔ)上，采用最優(yōu)估計濾波算法估計出逼近真實值的走勢很重要。圖 濾波效果圖2）從上面濾波效果圖的經(jīng)度變化、維度變化和高度變化效果分析得出：Kalman濾波得到的估計值能接近真實值的走勢，而且跟蹤速度快，定位精度高。通過分析高度變化階段5001000s的數(shù)據(jù)可以明顯看出，kalman算法得到的估計值能及時跟緊真實值的變化。雖然LS濾波效果也可以較好的逼近真實值走勢，但是沒能像kalman濾波效果那樣樣快速緊跟。通過分析高度變化階段7001000s的數(shù)據(jù)可以明顯看出，LS算法沒能及時跟緊真實值的變化，實時性較差。，kalman濾波比ls濾波收斂速度快，而且更加靈敏。從而證明了kalman濾波處理GPS結(jié)果的有效性。 方案二的濾波實驗分析：假設(shè)接收機掃描周期（采樣間隔）T是1s，觀測時間為totalTime，該物體的運動軌跡包含勻速、勻加速和勻減速。運動狀態(tài)0400s勻速行駛400600s勻加速行駛600610s勻速行駛610660s勻減速行駛660800勻速行駛對應的參數(shù)X軸方向上的速度：vx=15m/sX軸方向上的加速度：ax=X軸方向上的速度：vx+ax*(600400)X軸方向上的加速度：ax=X軸方向上的速度：vx+ax*(660610)Y軸方向上的速度：vy=0Y軸方向上的加速度：ay=Y軸方向上的速度：vy+ay*(600400)Y軸方向上的加速度：ay=Y軸方向上的速度：vy+ay*(660610)，：在真實值上加入白噪聲（觀測噪聲方差d），得到帶有誤差的觀測值。：：真實值、觀測值和濾波后的估計值效果圖：分別從均值和誤差分析估計值濾波效果分析： 1），紅色線表示真實值；綠色線表示觀測值，即待處理的數(shù)據(jù)，用此方法模擬GPS接收機得到的數(shù)據(jù)；藍色線是kalman濾波后得到的估計值。由于選用IMM模型來模擬真實物體的軌跡，所以可以模擬各個不同的運動狀態(tài)，在模擬的真實軌跡中加入白噪聲之后，代表觀測值的綠色線帶有很多毛刺在真實值附近波動，雖然觀測值帶有噪聲，但是依然能反映真實值的變化趨勢，同時，可以觀察到在白噪聲的干擾下，機動載體在勻速、加速、減速等各個不同運動狀態(tài)下，藍色線基本和紅色線重合，從而可以知道Kalman濾波得到的估計值能逼近真實值，而且跟蹤速度快，定位精度高、濾波消噪效果好等，再次證明了kalman濾波效果的優(yōu)越性。 2） ，上面兩幅圖反映的是濾波誤差。這里我們引入了蒙特卡洛模擬方法，對仿真過程取蒙卡次數(shù)N的平均，最后得到的是平均估計值。只要蒙卡次數(shù)較大，就能得到穩(wěn)定的估計值。再用該平均估計值與真實值相減得到濾波誤差。經(jīng)過800次觀測，可以看出誤差越來越來小，最終趨近于0。下面兩幅圖反映的是濾波誤差的方差。從而體現(xiàn)平均估計值與真實值的波動程度，在觀測50次以后波動范圍基本趨于穩(wěn)定。 ： 真實值、觀測值和濾波后的估計值效果圖 分別從均值和誤差分析估計值濾波效果分析：1），紅色線表示真實值；綠色線表示觀測值，即待處理的數(shù)據(jù)，用此方法模擬GPS接收機得到的數(shù)據(jù)；藍色線是ls濾波后得到的估計值。，在加速時，LS不能很快跟蹤真實物體的運動，與kalman相比濾波效果，要差很多。2），上面兩幅圖反映的是濾波誤差。同理，我們引入了蒙特卡洛模擬方法，從圖中可以看出在400s以后誤差突然變到峰值，表明ls的濾波誤差很大，而且誤差范圍很大，并形成尖峰。下面兩幅圖反映的是濾波誤差的方差。從而體現(xiàn)平均估計值與真實值的波動程度，在觀測100次以后波動范圍基本趨于穩(wěn)定，而且隨著觀測次數(shù)的增大，濾波誤差會越來越小。 此設(shè)計方案中的采樣間隔T、蒙特卡洛模擬Mont次數(shù)N和觀測噪聲方差是可以設(shè)置的，通過改變這三個值來進行效果分析。當采樣間隔T為1s表示對所有觀測點全部觀測，蒙特卡洛模擬（Mont）次數(shù)N越大，就能得到穩(wěn)定的估計值，觀測噪聲方差越大表明噪聲越大，通過設(shè)置適當?shù)闹担瑒t可以觀察比較好的效果。從上面兩種方案設(shè)計結(jié)果可知，卡爾曼算法濾波的效果比LS算法的濾波效果好很多。Kalman濾波得到的估計值能逼近真實值，其跟蹤速度快，定位精度高、濾波消噪效果好，所以在GPS定位結(jié)果濾波中得到廣泛應用。第5章 基于GPS定位結(jié)果的消噪濾波GUI設(shè)計 GUI設(shè)計簡介MATLAB語言是當今國際上科學界最具影響力、也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運算,并已經(jīng)發(fā)展成一種高度集成的計算機語言,它提供了強大的科學運算、靈活的程序設(shè)計流程、高質(zhì)量的圖形可視化與界面設(shè)計、便捷的與其他程序和語言接口的功能?？蒲泄ぷ髡哌x擇Matlab就在于利用它優(yōu)秀的數(shù)值計算能力,然而由于Matlab屬于解釋性語言,不能夠生成脫立于Matlab平臺的可執(zhí)行文件,程序的使用者常常迷茫于大量的程序代碼而不知所措,不知道如何修改輸入?yún)?shù)獲得不同的分析結(jié)果。因此有必要開發(fā)一種運行于Matlab平臺下的圖形用戶界面(GUI: Graphical User Interfaces),既保持Matlab優(yōu)秀的數(shù)值處理能力,又提供良好的人機對話窗口,給科研分析設(shè)計帶來更大的靈活性。GUI(圖形用戶界面)是指：人與機器（或程序）之間交互作用的工具和方法。如鍵盤、鼠標等都可成為與計算機交換信息的接口。GUI是由窗口、按鍵、菜單、文字說明等對象構(gòu)成的一個用戶界面,用戶通過一定的方法,選擇、激活這些圖形對象,實現(xiàn)計算、繪圖等功能。MATLAB創(chuàng)建的圖形用戶界面對象共有三大類：用戶界面控件、下拉菜單和內(nèi)容菜單。用戶界面控件包括各種常見控件，如按鈕、列表框、編輯框等；下拉菜單對象主要是各種菜單和子菜單；內(nèi)容菜單對象主要是內(nèi)容式菜單，如彈出式菜單等。運用這些圖形對象，用戶可以設(shè)計出功能強大的圖形用戶界面。在圖形用戶界面上，用戶可以根據(jù)界面上的提示信息完成自己的工作，而不需要記憶大量繁瑣的命令，只須通過鼠標、鍵盤等便捷的方式與計算機交互信息、選擇想要運行的程序、控制程序的運行、實時顯示圖形信息。換言之，圖形用戶界面就是包含了各種圖形控制對象（圖形窗口、菜單、對話框及文本等）用于和計算機交互信息的圖形界面。利用該圖形界面，用戶可以很方便地和計算機進行信息交流。 GUI開發(fā)環(huán)境，為用戶提供了創(chuàng)建GUI完善的環(huán)境和一套工具，使用戶設(shè)計GUI不用再編寫枯燥繁雜的代碼，而創(chuàng)建圖形用戶界面更加方便快捷。在命令窗口使用命令guide,或使用菜單【File】 【New】 【Gui】的創(chuàng)建方法，就可以打開GUI設(shè)計向?qū)?。，在該對話框中選擇“Create New Gui” 選項，選擇默認模板Blank GUI(Default)并按“OK”按鈕，或通過【Browse】打開一個已經(jīng)存在的圖形用戶界面（Open Exising GUI）,。在這里，用戶可以設(shè)計自己的GUI。該對話框有一個菜單欄，該菜單欄共有6個菜單，分別是文件菜單File、編輯菜單Edit、視圖菜單View、布局菜單Layout、工具菜單Tool和幫助菜單Help。該對話框還提供一個主窗口工具條，一個控件工具條和一個設(shè)計工作區(qū)。1）File菜單1New…新建一個圖形用戶界面。建立一個新的圖形用戶界面意味著生成一個M文件*.M和一個圖形文件*.fig2Open…打開一個文件3Close…關(guān)閉當前文件4Save…保存當前文件5Save as…把當前文件另存為一個用戶自定義文件名的文件6Export…將當前圖形用戶界面保存為一個單獨的M文件7Preferences…GUI設(shè)計模板屬性設(shè)置8Print…打印當前圖形用戶界面 圖形用戶界面設(shè)計向?qū)?） Edit菜單1Undo：向后回復2Redo：向前恢復3Cut：剪切選定的內(nèi)容4Copy:復制選定的內(nèi)容5Paste:在光標位置粘貼已剪切或已復制到剪切板的內(nèi)容6Clear:清楚選定的內(nèi)容7Select All:將GUI設(shè)計模板上的內(nèi)容全部選定8Duplicat: 復制一個選定的控件2） View菜單1Property Inspector:屬性設(shè)置器2Object Browesr：控件瀏覽器3MFile Editor :M文件編輯器4View Callbacks：復查顯示 3） Tools菜單1Run:運行2Align Objects：控件排列3Grit and Rulers…：網(wǎng)格及標尺設(shè)置4Menu Editor…：菜單編輯器5Tab Order Editor…：控件排序編輯器6GUI Qptions…: GUI選項設(shè)置1 New…新建一個GUI文件2 Open…打開一個GUI文件3 Save…保存當前GUI文件4 Cut剪切選定的內(nèi)容5 Copy復制選定的內(nèi)容6 Paste將已剪切或已復制到剪切板的內(nèi)容粘貼當前光標位置7 Undo恢復到本次操作以前的狀態(tài)8 Redo恢復到本次操作后面的一種狀態(tài)9 Align Objects：控件排列編輯器10 Menu Editor菜單編輯器12 Tab Order Editor…控件排序編輯器13 MFile Editor :M文件編輯器14 Property Inspector屬性設(shè)置器15 Object Browesr控件瀏覽器16 Run運行當前GUI文件1 選擇模式，在該模式下用戶可以用鼠標選擇控件2 命令按鈕控件，按鈕的顯示字符由屬性String決定，返回值由屬性 Value給出3 單選控件，與復選控件相反，只允許用戶在所有選項中選擇一個選項，被選中的控件對象屬性值為1，其他未選中的屬性值為04 可編輯文本框控件，添加改控件后，用戶可以在該項文本框動態(tài)修 改 或者編輯文本框內(nèi)的文本信息5 彈出菜單控件，添加該控件，可以為用戶提供一個彈出菜單6 開關(guān)按鈕控件，在圖形用戶界面上只能添加一個開關(guān)按鈕控件7 面板控件，添加該控件，可以提供一個面板，可以為一組控件提供一個界面支持8 ActiveX控件9 滾動條控件，用于圖形用戶界面顯示的滾動，滾動的距離有屬性Slider Skip決定，它是一個二元數(shù)組，第一個元素決定單擊滾動條兩側(cè)的箭頭時，滑塊滾動的距離，默認值為1%，第一個元素決定單擊滾動條時，滑塊向單擊方向滾動的距離，默認值為10%10 復選控件，與單選控件相反，用戶可以在所有選項中選擇多個選項，同樣選中的對象屬性值為1，其他未選中的屬性值為011 文本顯示框控件，添加該控件，用來顯示一定的文本信息，又稱為靜態(tài)文本，靜態(tài)文本在程序運行以后不能編輯和修改，可以用來對某些控件或用戶界面作出說明12 列表框控件，添加該控件可以提供一個具有多個選項的列表框，用戶可以在此列表中選擇一個或多個選項，選中的選項通過屬性Value返回給用戶13 坐標軸控件，在圖形用戶界面上只有添加了坐標軸控件才能接受圖形的顯示信息14 按鈕組控件，添加該控件，可以產(chǎn)生一個按鈕框，將同類型的按鈕放在這個按鈕框里 GPS定位結(jié)果的消噪濾波GUI設(shè)計一個完成的GUI設(shè)計應包括一下幾個過程：（1） 構(gòu)思GUI圖形用戶界面在應用GUIDE進行圖形用戶界面設(shè)計