导航定位系统和卡尔曼滤波器

导航定位系统和卡尔曼滤波器
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导航定位系统和卡尔曼滤波器

作者：谢文盛
高级软件工程师
Email：wxie@harmanbecker.com
哈曼贝克汽车多媒体系统（深圳）有限公司


内容简介：本文简介全球定位系统的物理和数学基础。进而，举例说明了利用卡尔曼滤波
器处理导航系统的定位模块的基本设计思路。

关键字: GPS，导航系统，定位模块，卡尔曼滤波器

正文：

导航定位系统越来越多的应用到普通消费者，比如手机用户和汽车驾驶员，而其中全球定
位系统（GPS）也最为人们所津津乐道。导航定位系统的实质就是确定运动中物体在某一
时刻的位置。从物理学的角度来讲，位置的移动等于速度乘以时间――时间测量的精确度
是导航定位系统的关键。

全球定位系统的核心就是位于 24 颗导航卫星内部的原子钟。这些原子钟运行一百万年才
会有不超过一秒的误差。每个原子钟都和一个发射器相连，非常精确地向地球表面发射无
线电信号。而掌握在消费者手中或装载在汽车中的接收器会接收到来自多个卫星的信号。
信号从卫星到接收器当然需要时间。由于原子钟的精度很高，可以认为每个卫星都在同一
时刻发射信号；接收器通过比较来自不同卫星信号的延迟，可以计算出自己当前在地球表
面的位置――误差大约是几十米。

具体来说，卫星发射的 GPS 信号是一种称为黄金码（Gold Code）的伪随机噪声数字信
号，该信号被调制到载波信号 L1（频率为 1575.42MH