北航慣性導(dǎo)航綜合實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、慣性導(dǎo)航技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五慣性基組合導(dǎo)航及應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)18慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)車(chē)載實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑僬莆战萋?lián)慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成和基本工作原理；②掌握采用卡爾曼濾波方法進(jìn)行捷聯(lián)慣導(dǎo)/GPS組合的基本原理；③掌握捷聯(lián)慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)靜態(tài)性能；④掌握動(dòng)態(tài)情況下捷聯(lián)慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容①?gòu)?fù)習(xí)卡爾曼濾波的基本原理（參考《卡爾曼濾波與組合導(dǎo)航原理》第二、五章）；②復(fù)習(xí)捷聯(lián)慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理（參考以光衢編著的《慣性導(dǎo)航原理》第七章）；三、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成①捷聯(lián)慣導(dǎo)/GPS組

2、合導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套；②監(jiān)控計(jì)算機(jī)一臺(tái)。③差分GPS接收機(jī)一套；④實(shí)驗(yàn)車(chē)一輛；⑤車(chē)載大理石平臺(tái)；⑥車(chē)載電源系統(tǒng)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備①將IMU緊固在車(chē)載大理石減振平臺(tái)上，確認(rèn)IMU的安裝基準(zhǔn)面緊靠實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；②18將IMU與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)與車(chē)載電源、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)、GPS接收機(jī)與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、GPS天線與GPS接收機(jī)、GPS接收機(jī)與GPS電池之間的連接線正確連接；③打開(kāi)GPS接收機(jī)電源，確認(rèn)可以接收到4顆以上衛(wèi)星；④打開(kāi)電源，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2）捷聯(lián)慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)①進(jìn)入捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，記錄IM

3、U的原始輸出，注意5分鐘內(nèi)嚴(yán)禁移動(dòng)實(shí)驗(yàn)車(chē)和IMU；②實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)5分鐘初始對(duì)準(zhǔn)之后，進(jìn)入導(dǎo)航狀態(tài)；③移動(dòng)實(shí)驗(yàn)車(chē)，按設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)路線行駛；④利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)中的導(dǎo)航軟件進(jìn)行導(dǎo)航解算，并顯示導(dǎo)航結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析(一)理論推導(dǎo)捷聯(lián)慣導(dǎo)短時(shí)段（1分鐘）位置誤差，并用1分鐘慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。1、一分鐘慣導(dǎo)位置誤差理論推導(dǎo)：短時(shí)段內(nèi)（t<5min），忽略地球自轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡近似為平面，此時(shí)的位置誤差分析可簡(jiǎn)化為：（1）加速度計(jì)零偏引起的位置誤差：m（2）失準(zhǔn)角引起的誤差：m（3）陀螺漂移引起的誤差：m可得1min后的位置誤差值2、一

4、分鐘慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果：（1）純慣導(dǎo)解算1min的位置及位置誤差圖：18（2）純慣導(dǎo)解算1min的速度及速度誤差圖：18實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：純慣導(dǎo)解算短時(shí)間內(nèi)精度很高，1min的慣導(dǎo)解算的北向最大位移誤差-2.668m，東向最大位移誤差-8.231m，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得位置誤差與理論推導(dǎo)的位置誤差在同一數(shù)量級(jí)，結(jié)果不完全相同是因?yàn)槔碚撏茖?dǎo)時(shí)做了大量簡(jiǎn)化，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)視GPS為真實(shí)值也會(huì)帶來(lái)誤差；另外，可見(jiàn)1min內(nèi)純慣導(dǎo)解算的東向速度最大誤差-0.2754m/s，北向速度最大誤差-0.08027m/s。(一)選取IMU前5分鐘數(shù)

5、據(jù)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。將初始對(duì)準(zhǔn)結(jié)果作為初值完成1小時(shí)捷聯(lián)慣導(dǎo)和組合導(dǎo)航解算，對(duì)比1小時(shí)捷聯(lián)慣導(dǎo)和組合導(dǎo)航結(jié)果。181、5minIMU數(shù)據(jù)的解析粗對(duì)準(zhǔn)結(jié)果：2、5minIMU數(shù)據(jù)的Kalman濾波精對(duì)準(zhǔn)結(jié)果：183、一小時(shí)IMU/GPS數(shù)據(jù)的組合導(dǎo)航結(jié)果圖及估計(jì)方差P陣圖：18184、一小時(shí)IMU數(shù)據(jù)的捷聯(lián)慣導(dǎo)解算結(jié)果與組合濾波、GPS輸出對(duì)比圖：5、結(jié)果分析：由濾波結(jié)果圖可以看出：（1）由組合后的速度、位置的P陣可以看出濾波之后載體的速度和位置比GPS輸出的精度高。（2）短時(shí)間內(nèi)SINS的精度較高，初始階段的導(dǎo)航結(jié)果基本和G

6、PS、組合導(dǎo)航結(jié)果重合，1小時(shí)后的捷聯(lián)慣導(dǎo)解算結(jié)果很差，緯度、經(jīng)度、高度均發(fā)散。（3）INS/GPS組合濾波的結(jié)果和GPS的輸出結(jié)果十分近似，因?yàn)?小時(shí)的導(dǎo)航GPS的精度比SINS導(dǎo)航的精度高很多，Kalman濾波器中GPS信號(hào)的權(quán)重更大。18（1）總體看來(lái)，SINS/GPS組合濾波的結(jié)果優(yōu)于單獨(dú)用SINS或GPS導(dǎo)航的結(jié)果，起到了協(xié)調(diào)、超越、冗余的作用，使導(dǎo)航系統(tǒng)更可靠。五、SINS/GPS組合導(dǎo)航程序%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%INS/GPS組合導(dǎo)航跑車(chē)1h實(shí)驗(yàn)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

7、%%%%%%%%該程序?yàn)?5維狀態(tài)量，6維觀測(cè)量的kalman濾波程序，慣性/衛(wèi)星組合松耦合的數(shù)學(xué)模型clearclccloseall%%初始量定義wie=0.000072921151467;Re=6378135.072;g=9.7803267714;e=1.0/298.25;T=0.01;%IMU頻率100hz,此程序中GPS頻率100hzdatanumber=360000;%數(shù)據(jù)時(shí)間3600sa=load('imu_1h.dat');w=a(:,3:5)'*pi/180/3600;%陀螺儀輸出的角速率信息單位由°/h

8、化為rad/sf=a(:,6:8)';%三軸比力輸出，單位ga=load('gps_1h_new.dat');gps_pos=a(:,3:5);%GPS輸出的緯度、經(jīng)度、高度信息gps_pos(:,1:2)=gps_pos(:,1:2)*pi/180;%緯經(jīng)單位化為弧度gps_v=a(:,6:8);%GPS輸出的東北