捷联惯导算法与组合导航原理讲义(20170220)幻灯片资料.doc

PAGE 1 捷联惯导算法与组合导航原理 讲义 严恭敏，翁浚 编著 西北工业大学 2016-9 前 言 近年来，惯性技术不论在军事上、工业上，还是在民用上，特别是消费电子产品领域，都获得了广泛的应用，大到潜艇、舰船、高铁、客机、导弹和人造卫星，小到医疗器械、电动独轮车、小型四旋翼无人机、空中鼠标和手机，都有惯性技术存在甚至大显身手的身影。相应地，惯性技术的研究和开发也获得前所未有的蓬勃发展，越来越多的高校学生、爱好者和工程技术人员加入到惯性技术的研发队伍中来。 惯性技术涉及面广，涵盖元器件技术、测试设备和测试方法、系统集成技术和应用开发技术等方面，囿于篇幅和作者知识面限制，本书主要讨论捷联惯导系统算法方面的有关问题，包括姿态算法基本理论、捷联惯导更新算法与误差分析、组合导航卡尔曼滤波原理、捷联惯导系统的初始对准技术、组合导航系统建模以及算法仿真等内容。希望读者参阅之后能够对捷联惯导算法有个系统而深入的理解，并能快速而有效地将基本算法应用于解决实际问题。 本书在编写和定稿过程中得到以下同行的热心支持，指出了不少错误之处或提出了许多宝贵的修改建议，深表谢意： 西北工业大学自动化学院：梅春波、赵彦明、刘洋、沈彦超、肖迅、牟夏、郑江涛、刘士明、金竹、冯理成、赵雪华；航天科工第九总体设计部：王亚军；辽宁工程技术大学：丁伟；北京腾盛科技有限公司：刘兴华；东南大学：童金武；中国农业大学：包建华；南京航空航天大学：赵宣懿；武汉大学：董翠军；网友：Zoro；山东科技大学：王云鹏。 书中缺点和错误在所难免，望读者不吝批评指正。 作 者 2016年9月 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc475862233 第1章 概 述 PAGEREF _Toc475862233 \h 6 HYPERLINK \l _Toc475862234 1.1捷联惯导算法简介 PAGEREF _Toc475862234 \h 6 HYPERLINK \l _Toc475862235 1.2 Kalman滤波与组合导航原理简介 PAGEREF _Toc475862235 \h 7 HYPERLINK \l _Toc475862236 第2章 捷联惯导姿态解算基础 PAGEREF _Toc475862236 \h 10 HYPERLINK \l _Toc475862237 2.1反对称阵及其矩阵指数函数 PAGEREF _Toc475862237 \h 10 HYPERLINK \l _Toc475862238 2.1.1 反对称阵 PAGEREF _Toc475862238 \h 10 HYPERLINK \l _Toc475862239 2.1.2 反对称阵的矩阵指数函数 PAGEREF _Toc475862239 \h 12 HYPERLINK \l _Toc475862240 2.2方向余弦阵与等效旋转矢量 PAGEREF _Toc475862240 \h 13 HYPERLINK \l _Toc475862241 2.2.1 方向余弦阵 PAGEREF _Toc475862241 \h 13 HYPERLINK \l _Toc475862242 2.2.2 等效旋转矢量 PAGEREF _Toc475862242 \h 14 HYPERLINK \l _Toc475862243 2.3方向余弦阵微分方程及其求解 PAGEREF _Toc475862243 \h 17 HYPERLINK \l _Toc475862244 2.3.1 方向余弦阵微分方程 PAGEREF _Toc475862244 \h 17 HYPERLINK \l _Toc475862245 2.3.2 方向余弦阵微分方程的求解 PAGEREF _Toc475862245 \h 17 HYPERLINK \l _Toc475862246 2.4姿态更新的四元数表示 PAGEREF _Toc475862246 \h 20 HYPERLINK \l _Toc475862247 2.4.1 四元数的基本概念 PAGEREF _Toc475862247 \h 20 HYPERLINK \l _Toc475862248 2.4.2 四元数微分方程 PAGEREF _Toc475862248 \h 23 HYPERLINK \l _Toc475862249 2.4.3 四元数微分方程的求解 PAGEREF _Toc475862249 \h 25 HYPERLINK \l _Toc475862250 2.5等效旋转矢量微分方程及其泰勒级数解 PAGEREF _Toc47586