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1、上海交通大学 硕士学位论文 DGPS/DR/MM组合式高端车载导航系统的研究与开发 姓名：孙海鹏 申请学位级别：硕士 专业：导航、制导与控制 指导教师：翟传润 20070201 上海交通大学硕士学位论文 I DGPS/DR/MM 组合式高端车载导航 系统的研究与开发 DGPS/DR/MM 组合式高端车载导航 系统的研究与开发 摘 要 摘 要 车辆导航系统是智能交通系统的重要组成部分， 它结合了导航定 位技术、地理信息系统、通讯技术以及嵌入式计算机技术，为用户提 供导航定位、 地理信息等服务以及借助交通信息发布系统进行实时动 态导航。本文在深入研究车辆导航系统关键技术基础上，设计了 GPS/DR
2、 组合导航、DGPS 差分定位、基于实时交通信息的动态路径 规划技术的实现方案，通过原理样机实现，并进行了跑车试验。 本文研究了 GPS/DR 组合导航技术涉及的 GPS 定位原理、航位 推算原理、地图匹配原理和联合卡尔曼滤波算法原理；讨论了基于 CORS 系统的 DGPS 定位技术的实现； 研究了基于实时交通信息的动 态路径规划技术以及基于 WinCE 平台的嵌入式系统开发技术。 针对本文提出的组合导航方案， 建立了 GPS/DR 组合导航系统的 状态方程和观测方程，完成了联合卡尔曼滤波器的设计，通过仿真验 证了此方案的可行性。设计了 DGPS 定位具体实现方案。建立了实时 交通信息的模拟发
3、布平台，设计了动态路径规划算法。完整地实现了 上海交通大学硕士学位论文 II 上述各种设计方案和算法，并集成到基于 WinCE 平台的车载导航样 机中。 进行了模拟试验、实车试验和对比试验。结果表明：方案合理， 算法可行，样机运行稳定、可靠。 关键词：关键词： DGPS，CORS，车载导航，动态路径规划 上海交通大学硕士学位论文 III A RESERCH AND DEVELOPMENT OF ADVANCED VEHICLE INTEGRETED NAVIGATION SYSTEM BASED ON DGPS/DR/MM ABSTRACT Integrating the technology
4、 of navigation, Geographic Information System， communication and embedded computer, vehicle navigation system provides some navigational and geographic information for vehicle driver. In this paper, I designed the realization plan of GPS/DR integrated navigation; DGPS position and dynamic route plan
5、ning based real-time traffic information by researched the head and important technology of vehicle navigation. Overall plan is realized in prototype machine and experiment is passed by driving vehicle. In this paper, I researched the GPS/DR integrated navigation technology including the theory of G
6、PS position, the theory of dead-reckoning, the theory of map-matching, the principle and algorithm of federated Kalman filter theory. Realizing the technology of DGPS position is discussed based on CORS. I researched the dynamic route planning technology based on the real-time traffic information an
7、d embedded development technology based on WinCE system. Based on the integrated navigation plan proposed in this thesis, the state equation and observation equation of GPS/DR integrated navigation system are constructed. A federated Kalman filter is designed, and the feasibility of plan is proved b
8、y simulating. The realization plan of DGPS position is introduced. The platform of promulgating real-time traffic information is constructed and the algorithm of dynamic route planning is designed. Overall plan and algorithm are realized in vehicle navigation prototype machine based WinCE embedded p
9、latform. 上海交通大学硕士学位论文 IV We passed the simulation experiment, real-vehicle and contrast experiment. The experiment result shows that the overall plan is reasonable, algorithm is feasible and prototype machine is steady and reliable. KEY WORD: DGPS, CORS, vehicle navigation, dynamic route planning 上海
10、交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：孙海鹏 日期：2007 年 2 月 3 日 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，
11、 允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：孙海鹏 指导教师签名：翟传润 日期：2007 年 2 月 3 日 日期：2007 年 2 月 3 日 上海交通大学硕士学位论文 1 第一章 绪 论 第一章 绪 论 1.1 论文选题的背景和意义论文选题的背景和意义 随着社会经济的飞速发展， 公路交通系统也随之变得越来越复杂且越来越拥 挤，特别是近年来车辆增长的速度己远
12、远高于道路和其它交通设施的增长速度。 据统计，仅几个发达国家，拥有汽车的数量己达数亿辆之多。据2002年的有关资 料表明，仅美国的主要城市每年由于交通拥挤而造成的浪费就超过475亿美元， 每年因交通拥挤浪费了多达143.5亿升的燃料和27亿工作小时1。 交通管理部门己越来越多地借助当今科学发展的新技术来保障交通疏畅， 改 善道路安全，减少交通拥挤和空气污染对生态环境造成的恶劣影响。这一新兴领 域被称为智能交通系统(ITS，Intelligent Transportation System) 2。ITS是一个开放 的复杂系统，是新兴的交叉学科领域。它是将采集到的各种道路交通及服务信息 经交通管理
13、中心集中处理后，传输到公路运输系统上的各个用户，包括驾驶员、 居民、警察局、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门，出行者可实时选择 交通方式和交通路线；交通管理部门可自动进行交通疏导、控制和事故处理；运 输部门可随时掌握车辆的运行情况，进行合理调度，从而使路网上的交通运行处 于最佳状态，改善交通拥挤和消除阻塞，最大限度地提高路网的通行能力。显而 易见，ITS是一种大范围的网络管理技术，它必须要有GPS做支持，管理部门用 GPS进行公路流量监控，个人用GPS做驾车导行。ITS是21世纪现代运输管理体 系的模式和发展方向。智能交通系统的目标是应用先进的技术使交通在减少拥 挤、污染和对环境影响的同
14、时更安全有效地运行。 总的来说，智能交通系统是现代交通发展到一定阶段的必然产物，也是现代 交通的一个发展方向和趋势。而移动车辆的定位与导航是 ITS 研究的重要内容， 对以驾驶员为主的交通用户来说，ITS 的作用集中体现在它的集成信息服务功 能，包括车辆实时的准确定位，道路及周边环境信息分析、实时交通信息接收、 出行路径选择、动态路径引导、旅游及相关服务设施的数据资料的提供等，所有 上海交通大学硕士学位论文 2 这些功能的实现最终都需要车辆导航系统直接完成或提供支持。 目前市面上的车辆导航系统均使用的是 GPS 单一定位方式。当车辆行驶在 高架桥、高楼林立的市区或茂密的树林中时，由于 GPS
15、卫星信号经常受到遮挡， 这些情况下通过 GPS 系统实现连续准确的定位是不可能的。 GPS/DR 组合导航系 统可以利用其各自的优点，互相取长补短，能够获得优于任何单独一种导航系统 的精度和可靠性。虽然采用 GPS/DR 组合导航系统可以弥补单独 GPS 定位的缺 点，但是这种定位方式的定位精度一般在 10 米至 50 米，对于某些定位精度要求 更高的服务，这种定位方式便不能满足需要。 上海已经建立了连续运行参考站系统(Continuous Operation Reference Stations，简称 CORS )，用于发送差分定位信息。寻求利用 CORS 系统进行车辆 实时差分定位对于提高车辆导航的实时定位精度具有重要的意义。 目前能实时反映前方道路拥堵情况， 让用户动态地选择最佳路径功能的城市 动态交通流分布图谱尚是空白， 能将静态导航转化为动态导航的信息平台也就难 以实现。大城市车辆多、交通拥堵，若无基于实时交通流信息的动态导航，用户 的导航仪只能是个摆设。 2010 年世博会
