GPS在无人机上的应用

论文摘要

无人机作为现代战争中军事技术不断发展的产物,对军事作战思想带来了革命性的影响。同时随着大量军事技术转为民用,无人机技术也在现代国民经济生活中发挥着越来越重要的作用,因此受到世界各国的青睐与重视,越来越多的国家和企业参与到了无人机的研究和开发过程中。作为无人机的关键技术——导航技术在无人机的研究和商业应用中起着举足轻重的作用,导航技术作用于无人机的起飞、航行和着陆的全过程,确保了无人机飞行的安全进行。因此对导航技术的研究是无人机研究领域的重点,同样也是本文的主要研究内容。目前的导航技术以GPS导航应用最为广泛,而作为自主式导航的惯性导航技术,由于具有不依赖于外部信息等独特优点,技术发展成熟,也大量应用于实际生活中。本文回顾了无人机的发展历史以及简要介绍了无人机的基本组成原理和技术,然后理论分析了GPS导航定位技术的原理和GPS技术定位的误差缺陷。GPS导航技术确定的是地球经纬度,通过引入电子地图技术,可将抽象的经纬度值转换为直观的具体地理名称。采用地图匹配算法实现电子地图与GPS导航技术的融合,经非线性映射,能有效提高两者的匹配精度。通过差分算法可改善普通的单点GPS定位的精度,但依赖于基准站的差分法增加了系统成本;而利用GPS/惯性组合导航,可充分发挥两者结合后的优点而弥补各自的缺点,显著改善导航定位精度。利用MATLAB对无人机在GPS导航和GPS/惯性组合导航时的定位精度进行仿真实验,结果显示:GPS导航由于易受各种外在因素的影响,其定位精度有时达不到理想的水平;而与GPS导航相比,GPS/惯性组合导航由于综合了两者的优点,其定位精度高,误差小。因此无人机可利用以GPS导航为主的GPS/惯性组合导航技术提高其导航定位精度,确保航行的正确与安全。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无人机
• 1.1.1 无人机简介
• 1.1.2 无人机的发展史
• 1.2 导航在无人机上的应用
• 1.3 课题意义及论文结构
• 1.3.1 课题的意义
• 1.3.2 论文结构
• 第二章 GPS 导航定位原理
• 2.1 导航的发展
• 2.1.1 陆基无线导航的发展
• 2.1.2 卫星导航的发展
• 2.2 GPS 导航的组成
• 2.2.1 GPS 卫星星座
• 2.2.2 地面监控系统
• 2.2.3 GPS 接收机
• 2.3 GPS 定位原理
• 2.3.1 GPS 伪距测量
• 2.3.2 GPS 载波相位测量
• 2.4 影响GPS 定位的误差因素
• 2.5 本章小结
• 第三章 GPS 数据与电子地图
• 3.1 GPS 数据格式
• 3.1.1 GPS 坐标系
• 3.1.2 大地坐标转换成高斯坐标平面坐标系
• 3.1.3 GPS 数据格式
• 3.2 电子地图
• 3.3 移动导航电子地图的制作
• 3.4 本章小结
• 第四章 GPS 调试与地图结合
• 4.1 51 单片机GPS 开发板
• 4.1.1 51 单片机GPS 开发板的硬件结构
• 4.1.2 51 单片机GPS 开发板的电路结构
• 4.1.3 M-89 芯片
• 4.1.4 软件编程
• 4.1.5 计算机与单片机之间的连接
• 4.2 GPS 与地图匹配算法
• 4.2.1 地图匹配算法
• 4.2.2 地图匹配算法的流程
• 4.3 GPS 与地图匹配
• 4.4 本章小结
• 第五章 GPS 精度的改进
• 5.1 差分GPS
• 5.1.1 差分定位
• 5.1.2 位置差分
• 5.1.3 伪距差分
• 5.1.4 广域差分
• 5.1.5 载波相位差分
• 5.2 惯性导航
• 5.2.1 惯性导航简介
• 5.2.2 惯性导航原理
• 5.3 组合导航
• 5.3.1 组合导航原理
• 5.3.2 卡尔曼滤波工作原理
• 5.4 无人机仿真
• 5.4.1 只有GPS 导航情况下的仿真
• 5.4.2 组合导航仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢