提高物流跟蹤系統(tǒng)定位精度的濾波算法
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現(xiàn)代物流是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)之一，已被認(rèn)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(yùn)輸?shù)臓I運(yùn)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(shí)常發(fā)生。針對(duì)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(jī)的物流跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法。運(yùn)用GPS模塊對(duì)貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤，然后用強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波算法對(duì)GPS采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算機(jī)對(duì)GPS數(shù)據(jù)信息和電子地圖進(jìn)行匹配，從而達(dá)到對(duì)貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)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(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(jì)
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(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(jī)、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(jī)、GSM模塊、顯示模塊、控制電路。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS定位數(shù)據(jù)的接收與分類處理，對(duì)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(xiǎn)報(bào)警和實(shí)時(shí)顯示定位數(shù)據(jù)等功能。
②GSM數(shù)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(xiàn)基站與移動(dòng)目標(biāo)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(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位信息在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)的GIS電子地圖上的實(shí)時(shí)顯示。
1．2 物流跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
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(jī)。該系列單片機(jī)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(shè)備或電池應(yīng)用等場合。GPS接收機(jī)選用STDll_GPS_M0dule模塊，通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的URXDl相連，以達(dá)到定位數(shù)據(jù)信息送到單片機(jī)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(jī)的URXDO和UTXDO連接，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(xiàn)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(jì)值的最佳準(zhǔn)則，來尋求一套遞推估計(jì)的算法。其基本思想是：采用信號(hào)與噪聲的狀態(tài)空間模型，利用前一時(shí)刻的估計(jì)值和當(dāng)前時(shí)刻的觀測值來更新對(duì)狀態(tài)變量的估計(jì)，求出當(dāng)前時(shí)刻的估計(jì)值。動(dòng)態(tài)GPS測量中，用卡爾曼濾波算法從受擾動(dòng)的數(shù)據(jù)中估計(jì)狀態(tài)變量，能快速、準(zhǔn)確地算出三維坐標(biāo)。非差相位精密動(dòng)態(tài)單點(diǎn)定位的卡爾曼濾波模型：
統(tǒng)計(jì)特征為：E(Uk)=O，E(Nk)=O，動(dòng)態(tài)噪聲向量Uk、觀測噪聲向量Wk、動(dòng)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(shí)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(shí)刻動(dòng)態(tài)噪聲；Tk/k-1為系統(tǒng)控制矩陣；Hk為k時(shí)刻觀測矩陣；Nk為k時(shí)刻觀測噪聲；Qk、Rk分別是系統(tǒng)動(dòng)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(píng)論