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分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于北斗卫星导航系统的移动机器人定位技术及应用硕士研究生：王洪涛指导教师：莫宏伟教授学位级别：工学硕士学科、专业：模式识别与智能系统所在单位：自动化学院论文提交日期：2013年12月论文答辩日期：2014年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngBasedonBeiDouSatelliteNavigationSystemofmobilerobotlocalizationtechnologyandapplicationCandidate:WangHongtaoSupervisor:Prof.MoHongweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PatternRecognitionandIntelligentSystemsDateofSubmission:Dec.2013DateofOralExamination:Mar.2014University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于北斗卫星导航系统的移动机器人定位技术及应用摘要移动机器人是机器人大家族中最重要的成员。准确定位是其核心技术，是实现其任务的关键，长期以来是研究的热点，并在理论和实际应用中取得了丰硕的研究成果。目前全球卫星导航系统（GPS）是应用在移动机器人上实现自主导航最常用的方法。我国的北斗卫星导航系统(BDS)正式已经投入使用，实际应用需求不断增加，但研究还不够深入。本课题使用实验室自主研发的智能巡逻机器人研究移动机器人的定位技术。设计了基于BDS的移动机器人定位系统和上位机移动机器人监控软件，在此基础上进行了定位性能测试。本文研究了BDS的组成、信号结构、导航电文，从理论上推导了卫星定位原理，进行了精度分析。从误差的来源入手分析影响定位精度的三大主要原因。还介绍了移动机器人坐标转化、建立方法以及本课题所使用的NMAE协议语句。本文完成了基于BDS移动机器人定位系统总体设计，分别从硬件和软件两方面进行设计。硬件方面，着重介绍了为了实现巡逻机器人定位的模块，包括无线影音模块、卫星导航模块、数字传输模块、微处理器模块以及其他功能模块。软件方面，设计软件体系的总体设计，把软件系统按照结构划分为三大部分：BDS定位子系统、传感器子系统和上位机监控软件（主要功能是实现电子地图）。设计了BDS定位程序，包括定位接收算法模块和定位信息解析模块，成功获得了移动机器人实时的经度、纬度、时间、海拔高度、机器人速度以及卫星的空间分布情况等等信息。分析了串口通讯和地图创建的关键实现方法，实现了友好的人机交互。采用无线数字传输的方式实现移动机器人的上位机监控软件通讯，并以此控制移动机器人。通过设计的无线数字传输协议与上位机电子地图定位软件进行数据通讯，实现了地图上的时时显示。在此基础上进行了BDS静态定位与动态定位分析，得出基于BDS移动机器人定位系统的实际精度。最后，基于移动机器人定位系统进行了BDS与GPS对比研究。从可视卫星数、卫星空间分布情况、精度因子、静态定位准确性和精密性、静态测速、动态定位等六方面进行BDS与GPS的对比，得出了BDS优点与不足。分析了造成BDS与GPS定位差异的主要原因。本文所做工作提高了该轮式机器人的自动化水平，为后续的研究打下了良好的软硬件基础。关键词：移动机器人；BDS定位；GPS定位；地图创建哈尔滨工程大学硕士学位论文基于北斗卫星导航系统的移动机器人定位技术及应用ABSTRACTMobilerobotisthemostimportantmemberoflargerobotfamily.Theaccuratepositioningisthecoretechnologyandthekeytoachievingitsmission.Ithaslongbeenaresearchfocus,andmadegreatachievementsinthetheoryandpractice.Thecurrentglobalsatellitenavigationsystem(GPS)navigationtechnologyisthemostcommonmethodappliedtoachieveautonomousnavigationonamobilerobot.Beidousatellitenavigationsystem(BDS)hasbeenputintouseandthereisincreasingdemandforpracticalapplications.ButresearchonBDSisnotdeepenough.ThispaperdevelopspositioningtechnologyofpatrollingmobilerobotbasedonBDS.BDSisdesignedformobilerobotbasedpositioningsystemandPCmonitoringsoftwareformobilerobotsisdesigned.PerformanceofpositioningtestsareconductedonthebasisofBDSandGPS.ThispaperstudiesthecompositionofBDS,signalstructure,navigationdata,andtheoreticallysatellitepositioningprinciple.Theanalysisofprecisioniscarriedout.Threemajorsourcesoferrormainlyaffectingthepositioningaccuracyareanalyzed.Themobilerobotcoordinatetransformation,establishmentmethodsandtherequiredNMAEprotocolarealsointroduced.Inthispaper,thedesignoftheBDSmobilerobotpositioningsystemincludeshardwareandsoftware.Hardwarehighlightingthepatrolrobotinordertoachievepositioningmodule,includeswirelessaudiomodule,GPSmodule,digitaltransmissionmodule,microprocessormodulesandotherfunctionalmodules.Theoveralldesignofthesoftwaresystemisaccordingtothestructureofthesoftwaresystemandisdividedintothreeparts:BDSpositioningsubsystem,sensorsubsystemandPCmonitoringsoftware(mainfunctionistoachieveelectronicmap).BDSorientationprogramisdesignedtosuccessfullyobtainreal-timemobilerobotlongitude,latitudeofspace,time,altitude,speedroboticsandsatellitedistribution,andsoforth.Thekeyrealizationmethodoftheserialcommunicationandmapcreatedisanalyzed,toachieveafriendlyinteraction.WirelessdigitaltransmissionisusedtorealizethecommunicationofthemobilerobotPCmonitoringsoftware,andthuscontrolthemobilerobot.Throughthewirelessdigitaltransmissionprotocolandthehostcomputerelectronicmapnavigationsoftwarefordatacommunications,theinformationisconstantlydisplayedonthemap.Basedonthesystem,BDSstaticpositioninganddynamicpositioningareanalyzed.TheactualaccuracyofBDS-basedmobilerobotlocalizationisobtained.Basedonthemobilerobot,thepositioningsystemsofGPSandBDSarecomparedfrom哈尔滨工程大学硕士学位论文thedistributionofthenumberofvisiblesatellites,satellitespace,theaccuracyfactor,staticpositioningaccuracyandprecision,speedstatic,dynamicpositioning,andthentheadvantagesanddisadvantagesofBDSarereached.Theworkofthispaperimprovesautomationlevelofthiswheeledmobilerobot,aswellasprovidingagoodplatformforfollow-upresearch.Keywords:MobileRobot;GPSPositioning;BDSPositioning;Mapcreated基于北斗卫星导航系统的移动机器人定位技术及应用目录第1章绪论................................................................................................................................................11.1国内外移动机器人发展现状......................................................................................11.2移动机器人定位技术发展现状...........................................