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毕业设计（论文）

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毕业设计（论文）报告

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基于MATLAB.Simulink的捷联惯性导航仿真

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基于MATLAB.Simulink的捷联惯性导航仿真

摘要：捷联惯性导航系统（INS）因其高精度、抗干扰能力强等优点，在航空、航天、航海等领域得到广泛应用。本文基于MATLAB/Simulink平台，建立了捷联惯性导航系统仿真模型，对系统性能进行了分析。首先，介绍了捷联惯性导航系统的基本原理和组成；其次，详细阐述了仿真模型的搭建过程，包括传感器模型、惯性测量单元（IMU）模型、导航解算模型等；然后，通过仿真实验，验证了模型的有效性，并对系统性能进行了分析；最后，针对仿真结果，提出了改进措施，为捷联惯性导航系统的实际应用提供了理论依据。

随着科技的发展，导航技术在各个领域都发挥着越来越重要的作用。捷联惯性导航系统（INS）作为一种重要的导航技术，具有无源、高精度、抗干扰能力强等优点，在航空、航天、航海等领域得到了广泛应用。然而，由于惯性导航系统在实际应用中存在许多问题，如加速度计和陀螺仪的非线性、噪声干扰等，使得系统性能受到一定影响。因此，研究基于MATLAB/Simulink的捷联惯性导航仿真，对提高系统性能具有重要意义。本文旨在通过仿真实验，分析捷联惯性导航系统的性能，为实际应用提供理论依据。

一、1捷联惯性导航系统概述

1.1捷联惯性导航系统基本原理

(1)捷联惯性导航系统（INS）是一种基于惯性原理的导航系统，其主要原理是通过测量载体在三维空间中的加速度和角速度，结合积分运算，计算载体的位置、速度和姿态。该系统主要由惯性测量单元（IMU）、导航计算机和导航电子地图组成。IMU负责测量载体的加速度和角速度，导航计算机则根据这些测量数据，通过导航算法计算出载体的导航参数。

(2)惯性导航系统的工作原理基于牛顿第一定律，即物体在没有外力作用下将保持静止状态或匀速直线运动。因此，通过测量载体在运动过程中的加速度和角速度，可以反推载体在初始时刻的位置和速度。在捷联惯性导航系统中，加速度计和陀螺仪是关键的传感器，它们分别测量载体在三个垂直轴和一个水平轴上的加速度和角速度。

(3)捷联惯性导航系统的核心是导航算法，它主要包括加速度积分、角速度积分和姿态解算。加速度积分将加速度计的测量数据积分得到速度，再将速度积分得到位置；角速度积分得到姿态角；姿态解算则通过计算载体当前的姿态角和角速度变化率，来确定载体的姿态变化。这些计算过程在导航计算机中实时进行，从而为用户提供实时的导航信息。

1.2捷联惯性导航系统组成

(1)捷联惯性导航系统由多个关键组成部分构成，其中核心部件包括惯性测量单元（IMU）、导航计算机、导航电子地图和外部传感器。IMU通常由加速度计、陀螺仪和磁力计组成，用于测量载体的加速度、角速度和磁场强度。以某型号IMU为例，其加速度计的测量范围可达±16g，陀螺仪的测量范围为±300°/s，磁力计的测量范围为±100μT。

(2)导航计算机是捷联惯性导航系统的数据处理中心，负责接收IMU的测量数据，通过导航算法进行计算，生成导航解。以某型号导航计算机为例，其处理速度可达每秒数百万次运算，能够实时输出载体的位置、速度和姿态信息。在实际应用中，导航计算机的可靠性直接影响着整个系统的性能。

(3)导航电子地图是捷联惯性导航系统的另一个重要组成部分，它提供了载体的地理位置信息。以某型号电子地图为例，其精度可达1米，覆盖范围广泛，能够满足不同应用场景的需求。此外，导航电子地图还包括了地形、地貌、道路、交通等信息，有助于提高导航系统的准确性和实用性。在实际应用中，导航电子地图的实时更新和优化对于保证导航系统的稳定运行至关重要。

1.3捷联惯性导航系统特点

(1)捷联惯性导航系统以其独特的优势在众多导航系统中脱颖而出。首先，其无源特性使得捷联惯性导航系统在复杂环境下表现出色。由于无需依赖外部信号，如GPS信号，捷联系统在信号遮挡、信号弱或信号完全失效的情况下仍能保持导航功能。例如，在地下隧道、室内或海上等GPS信号难以获取的环境中，捷联系统可以独立工作，确保导航任务的顺利完成。

(2)捷联惯性导航系统的精度和可靠性是其另一大特点。高精度的IMU可以提供高精度的加速度和角速度测量数据，而先进的导航算法能够有效减少系统误差。以某型号捷联惯性导航系统为例，其定位精度可达米级，速度精度为厘米级，姿态精度为度级。在实际应用中，这种高精度和可靠性对于军事、航空航天、航海等领域至关重要。例如，在导弹制导和无人机飞行控制中，捷联系统的精确导航能力确保了任务的顺利完成。

(3)捷联惯性导航系统的实时性和抗干扰能