提高物流跟蹤系統(tǒng)定位精度的濾波算法
加入技術(shù)交流群
現(xiàn)代物流是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)之一，已被認為是企業(yè)在降低物質(zhì)消耗、提高勞動生產(chǎn)率之外創(chuàng)造利潤的第三重要源泉，極大地降低了生產(chǎn)成本。但是目前物流運輸?shù)臓I運水平普遍不高，給工商制造企業(yè)的發(fā)展帶來了很大不便，產(chǎn)品脫銷、訂單流失、貨物失竊等事件時常發(fā)生。針對目前物流的需要和現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，本文提出了一種基于MSP430單片機的物流跟蹤系統(tǒng)設(shè)計的新方法。運用GPS模塊對貨物進行實時定位跟蹤，然后用強跟蹤卡爾曼濾波算法對GPS采集到的數(shù)據(jù)進行濾波；濾波后的數(shù)據(jù)信息再通過GSM模塊和AT命令，以短信息的形式發(fā)送到監(jiān)控中心；監(jiān)控中心的計算機對GPS數(shù)據(jù)信息和電子地圖進行匹配，從而達到對貨物進行實時定位監(jiān)控的目的。同時，在貨物終端液晶可以實時顯示定位信息和從監(jiān)控中心發(fā)來的短信息。
1 物流跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計
1．1 物流跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
物流跟蹤系統(tǒng)首先要根據(jù)跟蹤覆蓋范圍、實時性、刷新速度和定位精度等要求，選擇合適的GPS接收機、GSM模塊和微處理器，并開發(fā)相關(guān)的應(yīng)用軟件。圖1給出了簡單的物流跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
從圖1中可以看出，系統(tǒng)主要由3部分組成。
①貨物信息處理終端：包括中央處理器、GPS接收機、GSM模塊、顯示模塊、控制電路。主要實現(xiàn)對GPS定位數(shù)據(jù)的接收與分類處理，對監(jiān)控中心命令的接收與解析，向監(jiān)控中心發(fā)送定位信息，以及遇險報警和實時顯示定位數(shù)據(jù)等功能。
②GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)：包括GSM網(wǎng)絡(luò)、基站等。主要實現(xiàn)基站與移動目標的信息交換，以及GSM網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的信息交換。
③監(jiān)控中心：包括數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)終端、業(yè)務(wù)處理終端。主要實現(xiàn)衛(wèi)星定位信息在監(jiān)控中心計算機的GIS電子地圖上的實時顯示。
1．2 物流跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計
物流跟蹤系統(tǒng)的硬件電路示意圖如圖2所示。本系統(tǒng)選用的中央處理器是美國德州儀器(TI)公司開發(fā)的MsP430F147單片機。該系列單片機具有電源電壓低(1．8～3．6 V)、功耗低等優(yōu)點，適用于手持設(shè)備或電池應(yīng)用等場合。GPS接收機選用STDll_GPS_M0dule模塊，通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片與單片機的URXDl相連，以達到定位數(shù)據(jù)信息送到單片機處理的目的。GSM通信模塊采用西門子公司生產(chǎn)的TC35i，TC35i模塊的GSM_RX和GSM_TX分別與單片機的URXDO和UTXDO連接，實現(xiàn)單片機與TC35i通信；TC35i的SIM卡接口電路與SIM卡座相連。液晶模塊TGl2864實現(xiàn)貨物終端的顯示功能。
2 卡爾曼濾波算法及其改進
2．1 卡爾曼濾波算法
卡爾曼濾波算法是以最小均方誤差為估計值的最佳準則，來尋求一套遞推估計的算法。其基本思想是：采用信號與噪聲的狀態(tài)空間模型，利用前一時刻的估計值和當前時刻的觀測值來更新對狀態(tài)變量的估計，求出當前時刻的估計值。動態(tài)GPS測量中，用卡爾曼濾波算法從受擾動的數(shù)據(jù)中估計狀態(tài)變量，能快速、準確地算出三維坐標。非差相位精密動態(tài)單點定位的卡爾曼濾波模型：
統(tǒng)計特征為：E(Uk)=O，E(Nk)=O，動態(tài)噪聲向量Uk、觀測噪聲向量Wk、動態(tài)噪聲向量和觀測向量都是期望值為0的白噪聲向量，cov(Uk,Uj)=Qkδkj,cos(Nk，Nj)=Rkδkj，cos(Uk,Nj)=O。
其中：Xk和Yk分別是k時刻的狀態(tài)矢量和觀測矢量；Fk/k-1為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；Uk為k時刻動態(tài)噪聲；Tk/k-1為系統(tǒng)控制矩陣；Hk為k時刻觀測矩陣；Nk為k時刻觀測噪聲；Qk、Rk分別是系統(tǒng)動態(tài)噪聲和觀測噪聲的方差矩陣。δkj為克羅內(nèi)克函數(shù)，即：
評論