北航惯性导航综合实验三实验报告..doc

PAGE \* MERGEFORMAT 4 惯性导航技术综合实验 实验三 惯性导航综合实验 实验3.1 初始对准实验 一、实验目的 结合已经采集并标定好的惯性传感器数据进行粗对准，了解实现对准的过程；通过比较不同传感器数据的对准结果，进一步认识惯性传感器性能在导航系统中的重要地位。为在实际工程设计中针对不同应用需求下采取相应的导航系统方案提供依据。 二、实验内容 利用加速度计输出计算得到系统的初始姿态，利用陀螺输出信号计算航向角。对比利用不同的惯性传感器数据计算所得的不同结果。 三、实验系统组成 MEMS IMU（或其他类型IMU）、稳压电源、数据采集系统与分析系统。 四、实验原理 惯导系统在开始进行导航解算之前需要进行初始对准，水平对准的本质是将重力加速度作为对准基准，其对准精度主要取决于两个水平加速度计的精度，加速度计的零位输出将会造成水平对准误差；方位对准最常用的方位是罗经对准，其本质是以地球自转角速度作为对准基准，影响对准精度的主要因素是等效东向陀螺漂移。 (1) 其中，分别为当前时刻的俯仰角和横滚角计算值。 水平对准误差和方位对准误差如下所示： ， (2) 五、实验步骤及结果 1、实验步骤： 采集静止状态下水平加速度计输出，按下式计算其平均值。 (3) 其中，为前n个加计输出均值；为前n-1个加计输出均值；为当前时刻加计输出值。 利用加计平均值来计算系统初始俯仰角和横滚角 (4) 其中，分别为当前时刻的俯仰角和横滚角计算值。 2、实验结果与分析： 2.1、用MIMS IMU的加速度计信息计算 （1）俯仰角和横滚角图： （2）失准角： 2.2、实验结果分析 以上计算是基于MIMS IMU静止时data2进行的初始对准，与data2给定的初始姿态角相差不大。 六、源程序 clear clc g = 9.7803267714; a=load(E:\郭凤玲\chushiduizhun\data2.txt); ax=a(:,4); ay=a(:,5); az=a(:,6); %初始值ax0(1)=ax(1)/1000*g; %%%%转化单位，由mg转化为m/s^2 ay0(1)=ay(1)/1000*g; az0(1)=az(1)/1000*g; theta(1)=asin(ay(1)/az(1)); gama(1)=-asin(ax(1)/az(1)); for i=2:120047 ax0(i)=ax0(i-1)+(ax(i)-ax0(i-1))/i; ay0(i)=ay0(i-1)+(ay(i)-ay0(i-1))/i; az0(i)=az0(i-1)+(az(i)-az0(i-1))/i; theta(i)=asin(ay0(i)/az0(i)); gama(i)=-asin(ax0(i)/az0(i)); end detfaix=mean(ay0)/g; detfaiy=mean(-ax0)/g; t=1:120047; plot(t,theta,r,t,gama,b) title(俯仰角和横滚角);ylabel(弧度（rad）); legend(俯仰角,横滚角) 实验3.2 惯性导航静态实验 一、实验目的 1、掌握捷联惯导系统基本工作原理 2、掌握捷联惯导系统捷联解算方法 3、了解捷联惯导系统误差传递规律和方程 二、实验原理 捷联惯性导航系统（SINS）的导航解算流程如图1所示。在程序初始化部分，主要是获得SINS的初始姿态阵、初始位置矩阵以及初值四元数；并读取SINS数据更新频率等SINS的工作参数。 图1 惯性导航原理 这里，、λ分别为当地纬度和经度ψ、θ、γ分别为载体航向、俯仰、横滚角。地理坐标系为东-北-天坐标系。 1．姿态计算 姿态矩阵为： (1) (2) 位置矩阵为： (3) 其中： (4) 使用姿态四元数来更新姿态。四元数微分方程为： (5) 简写为： (6) 其中： 解四元数微分方程： (7) 式中： (8) 其中T为导航解算周期。 归一化四元数，有更新后的姿态矩阵