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1、. GPS导航定位中Kalman算法的应用摘要：GPS是美国从本世纪70年代开始研制，经过20年,耗资200亿美元，在1994年全面建成，具有在海陆空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS技术包括很多优势，其中最吸引人的地方就是它的全球性、全能性、全天侯性，不仅使得它能为用户随时随地提供定位信息，而且使它可以广泛应用于全球各个军事部门和民用等诸多领域，但是因为GPS定位包含多种误差源，这就使其定位精度受到了一定的影响。本文以介绍全球定位系统为前提，首先简单的介绍GPS，其次在利用GPS定位测伪距和卫星坐标经过绝对位置解算的前提下，为了改善和提高定位算法的精度，也为了
2、GPS定位技术的应用更加广泛，从而提出Kalman滤波算法。综上所述，本文的研究工作对导航定位系统中的传统滤波方法的改进有一定的参考，并对Kalman滤波算法在改善GPS动态导航的动态性能和提高定位精度方面的应用具有一定的实用价值。关键词: GPS;伪距测量;卡尔曼滤波Abstract GPS is developed since 70 s of this century in the United States, after 20 years, at a cost of $20 billion, pleted in 1994, has in carring all-round real-ti
3、me three-dimensional navigation and positioning capability of a new generation of satellite navigation and positioning system.GPS technology including many advantages, one of the most attractive place is its global, totipotency, 24 hours a day, not only make it for the user to provide location infor
4、mation anytime and anywhere, and makes it can be widely used in many fields such as military and civilian, but because the GPS contains a variety of error sources, which makes its positioning accuracy is influenced by a certain. Based on global positioning system is introduced in this paper, first o
5、f all, a simple introduction to GPS, second is using GPS pseudorange measurement and known satellite coordinates through the absolute position under the premise of solving, in order to improve and improve the accuracy of localization algorithm, but also to the application of GPS technology is more e
6、xtensive, and Kalman filter algorithm is put forward. To sum up, in this paper, the research work of navigation and positioning system of traditional filtering method improvement has a certain reference, and the Kalman filtering algorithm in improving the dynamic performance and improve the position
7、ing precision GPS navigation application has a certain practical value.Keywords：GPS; recursive least squares; kalman filter.目录摘要错误！未定义书签。Abstract21绪论21.1概述21.2研究背景21.3 本文研究思路与工作安排22 GPS导航定位系统的基本原理32.1 GPS导航系统的组成及误差组成22.2 GPS导航定位原理42.3kalman滤波理论5_Toc111963 kalman滤波算法的matlab验证仿真23.1.一步预测63.1.1算法设计及验证6
8、3.1.2算法仿真及结果分析83.2多步预测114 kalman滤波算法的c语言算法程序134.1.一步预测134.1.1算法设计及验证134.1.2算法测试及验证144.1.3算法仿真及结果分析154.2多步预测164.2.1.算法流程图及设计164.2.2.算法仿真及结果分析17总结与展望19致19参考文献2-.1绪论1.1概述GPS 计划始于1973 年，已于1994 年进入完全运行状态。利用该系统，用户不仅可以在全球围实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速，还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS 利用四颗卫星的空间坐标位置，以及接收到的用户与卫星之间的伪距进行绝对位置
9、解算。GPS整个系统由空间卫星星座、地面监控系统、用户接收设备组成。其中的空间部分由21颗卫星和3颗备用卫星组成。这样的空间分布使得在地球上任何地点、任何时刻接收机都能至少观测到4颗卫星1。随着目前科学技术的发展， GPS的应用已经渗透在人们的日常生活中，可见怎样更好的利用GPS已成为当下我国科技工作的一个刻不容缓的任务。近些年随着目前科学技术的发展，GPS导航定位的应用在我国得到了广泛的推广并渗透在人们的日常生活中。但是由于GPS导航定位在精度上尚且存在提高的空间，因此，怎样进一步的改善GPS导航定位的动态性能和精度，将成为当下研究的一个重点。1.2研究背景 二十世纪以后，随着人类科学技术水
10、平的提高和各种探险活动的频繁，人们已不再满足于GPS的粗略定位，而是在精确定位、精确导航、建立高精度的全国性的测量控制网、建立陆地海洋测量基准、监测地球板块运动状态和地壳形变、测定航空航天摄影瞬间的相机位置等多方面对GPS都提出了更高的要求。GPS定位系统是目前一套不仅稳定性好而且精度高的卫星定位系统，它除了能给用户提供运动中的物体的速度信息还有提供空间位置坐标。GPS采用的是测伪距定位原理，在接收机观测到的空间卫星数目至少达到4颗时，利用导航的定位算法实现绝对位置解算。方案一：最小二乘算法在日常生活中，由于惯性的存在，用户接收机位置无法突变，相邻时刻的位置必然存在一定的联系。最小二乘算法虽能
11、够实现GPS定位，但其却没有将相邻的不同时刻的用户位置与之联系起来，这就使得最小二乘法存在着无法避免的不足，定位精度有待提高。因此将最小二乘算法与卡尔曼滤波算法相比较，前者的定位结果较粗糙，定位精度存在一定的不足，故在工程实际应用中提倡采用卡尔曼滤波算法。方案二：卡尔曼滤波算法卡尔曼滤波技术最小方差估计就是让系统最初的真值减去经过滤波后的值，再对这个差值求方差，要让这个方差达到最小。它只需利用前一时刻的状态最优估计值以及当前时刻获得的最新观测量便能求出当前时刻的状态最优估计值。卡尔曼滤波实质上就是系统协方差的递归，它的这种特点使它在没法存储大量数据的系统中得到了广泛的应用。综上所述，研究GPS
12、中的卡尔曼滤波定位算法有其不容忽视的实用价值。1.3本文研究思路与工作安排本论文的所做工作先是简单的介绍了GPS的研究背景、组成部分、基本定位原理。然后与最小二乘法相比提出了更高精度的定位算法卡尔曼滤波算法，并对其进行了简单的仿真。本论文的工作安排如下：第一章：首先介绍了GPS的目前状况、研究背景以及意义。第二章：介绍了GPS导航定位系统的基础知识和卡尔曼滤波理论。第三章：讲述了卡尔曼滤波基于matlab的实验仿真。第四章：介绍了卡尔曼滤波基于visual C的实验仿真。第五章：总结与展望，总结了本文所做的主要工作，并且具体分析了所做工作的不足之处。2 GPS导航定位系统的基本原理2.1 GP
13、S导航系统的组成及误差组成GPS导航系统有三个组成部分：空间卫星星座、地面监控系统、用户接收设备。其中空间卫星星座是由位于6个轨道平面且轨道倾角为55度的24颗卫星组成。当GPS进行定位时，接收机至少需要观测到4颗GPS卫星，联立方程求解出待测点的空间三维坐标2。这部分不仅可以提供卫星星历、时间信息和其他有用的辅助信息还可以发射测量伪距的信号与载表信号。一个主控站、三个注入站和五个监测站构成了GPS的地面监测系统。它是中心控制系统可以实现时间同步跟踪卫星进行定轨。用户接收机主要负责捕获待测卫星的信号，接收和处理卫星信号并对处理后的数据进行记录，另外的重要作用是为用户提供了精确的定位信息。接收机
14、配有石英钟，比原子钟的精度低很多，当接收到GPS信号时，接收机要复制C/A码和P码，利用补偿技术提取信息。接收机构造类型决定了解码的可能性，因此就决定了定位测量的精度。GPS导航定位系统的组成分为三部分，由于星座的钟差、传播过程的损失、接收机的钟差等一些原因致使每一部分都存在着一定的无法避免的误差，误主要包括：星历误差、传播误差和接受误差3。图2-1 导航定位误差组成2.2 GPS导航定位原理GPS系统的基本定位原理是：通过记录卫星发射的测距码信号传送到到用户接收机的时间乘以光速来算出伪距，再利用卫星星历查出卫星在确定的某时刻的具体位置坐标，最后根据以上所获得得数据来计算出用户接收机的具体位置
15、坐标。因为空间卫星星载的时钟和用户接受机使用的时钟做到永远同步几乎是不可能的，一定存在某个时刻两者的时钟不同步，故除了用户接收机的三维空间坐标的x、y、z外，还需要增加一个未知数，即就是的空间卫星和用户接收机之间的钟差，用t表示。从以上所述可知，为了能够求出上面所提到的四个未知数那么就需要建立四个方程，所以用户接收机观测到的卫星数目至少为四颗，接着接收来自这四颗卫星发送的信号，才可确定出用户接收机的具体空间位置。如下列图所示，假设t时刻用户接收机测定出GPS信号到达接收机的时间t，接着利用接收机所接收到的来自卫星的信号查出卫星星历等其它数据就可以可以确定以下四个方程式4。 S1 (x1,y1,z1) S2(x2,y2,z2) S3(x3,y3,z3) S4(x4,y4,z4)图2-2 GPS定位原理图2-1综上所述的方程组有四个未知量，分别为，其中为为待测点的空间三围坐标，为的四颗卫星在t时刻的空间三维坐标，为星座卫星到用户接收机之间的距离，为各卫星信号到达用户接收机所经历的时间，c为光速，为接收机的钟差，是未知的。为卫星的钟差，是的5。将上述参数代入四个方程中，便可求解出其中的，即就是待测点的具体空间位置
