论文总字数：19911字

摘 要

随着我国北斗定位系统的快速发展，当今已不再是美国GPS一家独大的垄断局面，北斗在这些年的发展，大家有目共睹。北斗作为独立运行的全球卫星导航系统，对我国的航天航空事业起到了重要的推进作用，使得我国整体实力大幅度上升，不再依赖于其他国家的卫星导航系统，成为了新的技术增长点，对高科技领域更是推波助澜。但从客观角度来说，北斗的起步晚，虽然系统整体精度高，定位数据不局限，更准确，但是相对于GPS的使用用户就相对来说较少，知识无国境，我们将GPS和北斗两者系统相融合，不仅将我们的北斗发扬出去，更是造福全球国际化的技术需求，这种大趋势也就是现在非常流行的信息融合技术。在情况条件相同的卫星条件下，两者定位系统的高度，精度，准度都是同一水平线上的，两系统联合定位，将卫星的使用率大大提高，改善星座结构，提高数据采集的精准性。

关键词：信息融合技术；北斗；GPS；高精度

Data Fusion Based on Beidou and GPS Dual-mode Positioning System

Abstract

With the rapid development of my country's Beidou positioning system, it is no longer the monopoly of GPS in the United States. The development of Beidou over the years is obvious to all. As an independent global satellite navigation system, Beidou has played an important role in promoting my country's aerospace industry, making my country's overall strength greatly increased, and it is no longer dependent on satellite navigation systems of other countries and has become a new technological growth point. It is adding fuel to the flames in the high-tech field. But from an objective point of view, Beidou started late. Although the overall accuracy of the system is high, and the positioning data is not limited and more accurate, it is relatively small compared to GPS users, and knowledge has no borders. We combine GPS and Beidou. The integration of these systems will not only carry forward our Beidou, but also benefit the global technological needs of internationalization. This general trend is now a very popular information fusion technology. Under the same satellite conditions, the altitude, accuracy, and accuracy of the two positioning systems are on the same horizontal line. Joint positioning of the two systems greatly increases the utilization rate of the satellite, improves the constellation structure, and improves the accuracy of data collection。

Keywords:Information fusion technology,Beidou, GPS, High precision

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2课题的研究意义 1

1.3本文的主要工作内容 2

第二章 北斗定位系统 3

2.1 北斗卫星导航 3

2.2 北斗定位精度分析 4

2.3 北斗定位原理 4

第三章 GPS定位系统 6

3.1 GPS卫星导航 6

3.2 GPS卫星导航定位原理 6

第四章 北斗与GPS融合的关键 7

4.1 时间基准 7

4.2 坐标系统 7

4.3 频率差别 8

4.4 卫星轨迹 8

第五章 卡尔曼滤波法 9

5.1 卡尔曼滤波原理 9

5.2 卡尔曼滤波五大公式及滤波步骤 9

5.3 卡尔曼滤波核心内容 10

5.4 卡尔曼滤波改进算法 11

第六章 接收机硬件设计 12

6.1 GT-U12模块 12

6.2 ATGM336H-5N模块 20

6.2.1 ATGM336H-5N模块功能框图 20

6.2.2 ATGM336H-5N模块应用电路 20

6.2.3 ATGM336H-5N模块原理图 21

第七章 硬件采集数据的算法融合处理 22

7.1.静态数据分析 22

7.2动态数据分析 23

7.3 结论展望 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪 论

1.1引言

信息融合这个概念在很久之前就已经出现，可见人们对资源的共享和组合优化早有准备，当时对这种融合关系叫多源相关，多元融合。不管是技术融合，还是信息融合，都是在原有基础上进行最大化优化和提升，对同一数据的不同处理，那么处理的方向以及方面都会更加深入和全面，结合传感器的精密数据的采集，将处理的数据更加精准和量化。

随着我国北斗定位系统的快速发展，当今已不再是美国GPS一家独大的垄断局面，北斗在这些年的发展，大家有目共睹。北斗作为独立运行的全球卫星导航系统，对我国的航天航空事业起到了重要的推进作用，使得我国整体实力大幅度上升，不再依赖于其他国家的卫星导航系统，成为了新的技术增长点，对高科技领域更是推波助澜。但从客观角度来说，北斗的起步晚，虽然系统整体精度高，定位数据不局限，更准确，但是相对于GPS的使用用户就相对来说较少，知识无国境，我们将GPS和北斗两者系统相融合，不仅将我们的北斗发扬出去，更是造福全球国际化的技术需求，这种大趋势也就是现在非常流行的信息融合技术。在情况条件相同的卫星条件下，两者定位系统的高度，精度，准度都是同一水平线上的，两系统联合定位，将卫星的使用率大大提高，改善星座结构，提高数据采集的精准性。现在，我国的北斗卫星导航系统，usa世界定位系统，格洛纳斯系统，欧洲伽利略系统都已开通全球服务。每个系统在轨服务的导航卫星数量接近100颗。世界卫星导航正进入一个多频率，多星座服务的新时代。在世界任何一个地方，都能观测到几十颗导航卫星，用户能享受到的定位导航服务更快捷，更方便。新时代带来了新的挑战和机遇，为了不断提升系统的性能和竞争力，美国等主要卫星导航国家和地区正在开展新技术的研发，验证和创新，以提高新一代系统建设的服务精度，更加多样化的功能和更加可靠的服务，中国也在积极推进基于北斗的更加无处不在，更加完整，更加智能化的综合时空系统建设。因此研究意义重大，本文将使用matlab对双模系统所采集的数据进行处理并与高精度定位信息进行比对，标准定位信息借用高德api上的数据定位。

1.2课题的研究意义

信息融合是一门新兴的边缘学科，也被称作传感器信息融合 (Multi-Sensor Fusion，MSF)^[1]-[2]。多元信息就是来自各种类各方向传感器，各领域的信息，随着信息处理技术的进步，信息的来源越来越广泛和多元化，信息数据类型已经不只是简单的数据，图像呈现、音频播放、模型等都是信息的形式，对信息处理以及相应计算的能力也更加强大。信息融合具有高效率、冗余性、互补性、强适应等优点。组合导航系统^[3]通过将两种或者多种导航系统通过信息融合，弥补各自缺点从而达到提高导航系统的精度及稳定性的目的。由于各国卫星定位系统和惯性导航之间各有优缺点，这样既然有缺口那就代表有更多的机会，将其各大定位系统的优缺点相结合，去其糟粕取其精华，对导航系统的综合升级。可以通过信息融合来利用惯性导航完全自主化，不易受外界影响来躲避卫星导航由于不同的环境影响甚至自然灾害造成的数据损失导致定位精度下降甚至直接失灵的情况，同时可以利用卫星导航的高精度数据采集，进行一个自学习优化的内部数据处理，更大可能的对数据进行校正和预判，为人们预测各类事物提供了很好的数据依据。

现在，北斗全球系统已经全面建设，正式进世界服务的新时代，以全新的姿态走向世界。全球卫星导航系统的最新发展能为北斗发展提供重要参考。随着各种卫星导航系统的全面服务，全球卫星导航进入新一轮竞争，2035年将成为下一个重要里程碑。现在，随互连网，云计算，大数据，人工智能，低轨星座等技术的快速发展，北斗卫星导航融合新领域，新业态的趋势越来越明显。一方面，要充分发挥北斗系统在高精度，特色服务等方面的优势，加快北斗应用的集成发展。另一方面，北斗系统要抓住各种新技术蓬勃发展带来的机遇，通过技术集成，大幅度提高服务性能和系统安全性。此外，要做好对提高系统服务性能有关键影响的新型原子钟，星间高速链路等核心技术和产品的研发和储备，进一步提升我国卫星导航领域的全球竞争力。到2035年，我国还将建成更加普及，更加综合，更加智能的国家综合定位导航授时服务系统。未来，北斗系统应聚焦世界卫星导航发展前沿，不断创新发展，为全球用户提供统一标杆，无缝覆盖，安全可靠，便捷高效的PNT服务，为用户提供智能，可靠，便捷高效的服务为未来无人驾驶发展提供了核心支撑。

1.3本文的主要工作内容

本文首先分别介绍北斗定位系统和GPS定位系统的基本组成和原理，接下来通过分析北斗和GPS的优缺点阐述两者数据融合的前景和优势，将使用双模定位模块得到多组定位数据，运用matlab进行数据处理，并与高精度模块定位到的数据进行比对，定义使用高德api作为标准定位数据。三者进行综合误差比对，分析其误差原因，判断高精度模块度是否大于双模块的精度。通过采集高精度模块的数据作为标准测试集，然后采集双模数据，将双模数据使用卡尔曼滤波器拟合然后将误差进行自学习优化，将优化后的结果模型再放入新的数据（从双模里新采集的数据），融合后和高精度的新采集的数据进行对比，求出损失函数绘制曲线图，使用卡尔曼滤波器加自学习算法得出的融合数据的误差损失收敛在比较低的值，从而证明融合数据正确精准.

第二章 北斗定位系统

2.1 北斗卫星导航

北斗卫星导航系统是我国自己研制并投入使用的全球卫星导航系统，在美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯之后后的第三个体制完善系统优化的卫星导航系统。空间段，地面段和用户段是北斗特有色三大板块模式，这种模块的高度配合可在全球定位范围内随时随地为各类用户提供高精度、高可靠定位、巡航，授予时间权限服务，已经出阶具有区域导航、定位和授时能力。北斗进入全球服务新时代，北斗三号早在2001年开始建设，历经关键技术攻关。终于在2020年完成发射和全球部署，更是欢迎国际朋友进行签约和使用。我国北斗定位精度更是十分准确控制在10m左右，测速精度更是令人赞叹，竟然只有短短的0.2m/s。与其他国家卫星导航系统相比，在于短信服务和导航结合方面进行了放大化，增加了通信功能，全天24小时快速定位，只有相对较少的通信盲区，由于奇妙的地理环境，有些盲区我们还没能攻克。在精度上与GPS不甘示弱，而在亚太地就体现出我们的优势，区我国的北斗系统精度将远超GPS，这更是对亚太地区的优势也为后面进行国际合作打下坚实基础。

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