提高物流跟蹤系統定位精度的濾波算法
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現代物流是國民經濟的基礎之一，已被認為是企業在降低物質消耗、提高勞動生產率之外創造利潤的第三重要源泉，極大地降低了生產成本。但是目前物流運輸的營運水平普遍不高，給工商制造企業的發展帶來了很大不便，產品脫銷、訂單流失、貨物失竊等事件時常發生。針對目前物流的需要和現有的科學技術，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采集到的數據進行濾波；濾波后的數據信息再通過GSM模塊和AT命令，以短信息的形式發送到監控中心；監控中心的計算機對GPS數據信息和電子地圖進行匹配，從而達到對貨物進行實時定位監控的目的。同時，在貨物終端液晶可以實時顯示定位信息和從監控中心發來的短信息。
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，并開發相關的應用軟件。圖1給出了簡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。主要實現對GPS定位數據的接收與分類處理，對監控中心命令的接收與解析，向監控中心發送定位信息，以及遇險報警和實時顯示定位數據等功能。
②GSM數字蜂窩移動通信網：包括GSM網絡、基站等。主要實現基站與移動目標的信息交換，以及GSM網絡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、業務處理終端。主要實現衛星定位信息在監控中心計算機的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)公司開發的MsP430F147單片機。該系列單片機具有電源電壓低(1．8～3．6 V)、功耗低等優點，適用于手持設備或電池應用等場合。GPS接收機選用STDll_GPS_M0dule模塊，通過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通信模塊采用西門子公司生產的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變量的估計，求出當前時刻的估計值。動態GPS測量中，用卡爾曼濾波算法從受擾動的數據中估計狀態變量，能快速、準確地算出三維坐標。非差相位精密動態單點定位的卡爾曼濾波模型：
統計特征為：E(Uk)=O，E(Nk)=O，動態噪聲向量Uk、觀測噪聲向量Wk、動態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時刻的狀態矢量和觀測矢量；Fk/k-1為狀態轉移矩陣；Uk為k時刻動態噪聲；Tk/k-1為系統控制矩陣；Hk為k時刻觀測矩陣；Nk為k時刻觀測噪聲；Qk、Rk分別是系統動態噪聲和觀測噪聲的方差矩陣。δkj為克羅內克函數，即：
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