提高物流跟蹤系統定位精度的濾波算法
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現代物流是國民經(jīng)濟的基礎之一，已被認為是企業(yè)在降低物質(zhì)消耗、提高勞動(dòng)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。但是目前物流運輸的營(yíng)運水平普遍不高，給工商制造企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了很大不便，產(chǎn)品脫銷(xiāo)、訂單流失、貨物失竊等事件時(shí)常發(fā)生。針對目前物流的需要和現有的科學(xué)技術(shù)，本文提出了一種基于MSP430單片機的物流跟蹤系統設計的新方法。運用GPS模塊對貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤，然后用強跟蹤卡爾曼濾波算法對GPS采集到的數據進(jìn)行濾波；濾波后的數據信息再通過(guò)GSM模塊和AT命令，以短信息的形式發(fā)送到監控中心；監控中心的計算機對GPS數據信息和電子地圖進(jìn)行匹配，從而達到對貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監控的目的。同時(shí)，在貨物終端液晶可以實(shí)時(shí)顯示定位信息和從監控中心發(fā)來(lái)的短信息。
1 物流跟蹤系統的結構及硬件設計
1．1 物流跟蹤系統的結構
物流跟蹤系統首先要根據跟蹤覆蓋范圍、實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)相關(guān)的應用軟件。圖1給出了簡(jiǎn)單的物流跟蹤系統結構圖。
從圖1中可以看出，系統主要由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(shí)現對GPS定位數據的接收與分類(lèi)處理，對監控中心命令的接收與解析，向監控中心發(fā)送定位信息，以及遇險報警和實(shí)時(shí)顯示定位數據等功能。
②GSM數字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)：包括GSM網(wǎng)絡(luò )、基站等。主要實(shí)現基站與移動(dòng)目標的信息交換，以及GSM網(wǎng)絡(luò )與監控中心的信息交換。
③監控中心：包括數據庫、地理信息系統終端、業(yè)務(wù)處理終端。主要實(shí)現衛星定位信息在監控中心計算機的GIS電子地圖上的實(shí)時(shí)顯示。
1．2 物流跟蹤系統的硬件設計
物流跟蹤系統的硬件電路示意圖如圖2所示。本系統選用的中央處理器是美國德州儀器(TI)公司開(kāi)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(diǎn)，適用于手持設備或電池應用等場(chǎng)合。GPS接收機選用STDll_GPS_M0dule模塊，通過(guò)MAX232電平轉換芯片與單片機的URXDl相連，以達到定位數據信息送到單片機處理的目的。GSM通信模塊采用西門(mén)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(shí)現單片機與TC35i通信；TC35i的SIM卡接口電路與SIM卡座相連。液晶模塊TGl2864實(shí)現貨物終端的顯示功能。
2 卡爾曼濾波算法及其改進(jìn)
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(lái)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(shí)刻的估計值和當前時(shí)刻的觀(guān)測值來(lái)更新對狀態(tài)變量的估計，求出當前時(shí)刻的估計值。動(dòng)態(tài)GPS測量中，用卡爾曼濾波算法從受擾動(dòng)的數據中估計狀態(tài)變量，能快速、準確地算出三維坐標。非差相位精密動(dòng)態(tài)單點(diǎn)定位的卡爾曼濾波模型：
統計特征為：E(Uk)=O，E(Nk)=O，動(dòng)態(tài)噪聲向量Uk、觀(guān)測噪聲向量Wk、動(dòng)態(tài)噪聲向量和觀(guān)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(shí)刻的狀態(tài)矢量和觀(guān)測矢量；Fk/k-1為狀態(tài)轉移矩陣；Uk為k時(shí)刻動(dòng)態(tài)噪聲；Tk/k-1為系統控制矩陣；Hk為k時(shí)刻觀(guān)測矩陣；Nk為k時(shí)刻觀(guān)測噪聲；Qk、Rk分別是系統動(dòng)態(tài)噪聲和觀(guān)測噪聲的方差矩陣。δkj為克羅內克函數，即：
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