北航慣性導航綜合實驗五實驗報告

慣性導航技術綜合實驗

實驗五慣性基組合導航及應用技術實驗

慣性/衛星組合導航系統車載實驗

一、實驗目的

①掌握捷聯慣導/***組合導航系統的構成和基本工作原理；

②掌握採用卡爾曼濾波方法進行捷聯慣導/***組合的基本原理；

③掌握捷聯慣導 /***組合導航系統靜態效能；

④掌握動態情況下捷聯慣導 /***組合導航系統的效能。

二、實驗內容

①複習卡爾曼濾波的基本原理（參考《卡爾曼濾波與組合導航原理》第

二、五章）；

②複習捷聯慣導/***組合導航系統的基本工作原理（參考以光衢編著的《慣性導航原理》第七章）；

三、實驗系統組成

①捷聯慣導/***組合導航實驗系統一套；

②監控計算機一台。

③差分***接收機一套；

④實驗車一輛；

⑤車載大理石平台；

⑥車載電源系統。

四、實驗內容

1）實驗準備

將imu緊固在車載大理石減振平台上，確認imu的安裝基準面緊靠實驗平台；

② 將imu與導航計算機、導航計算機與車載電源、導航計算機與監控計算機、***接收機與導航計算機、***天線與***接收機、***接收機與***電池之間的連線線正確連線；

③ 開啟***接收機電源，確認可以接收到4顆以上衛星；

開啟電源，啟動實驗系統。

2）捷聯慣導/***組合導航實驗

進入捷聯慣導初始對準狀態，記錄imu的原始輸出，注意5分鐘內嚴禁移動實驗車和imu；

實驗系統經過5分鐘初始對準之後，進入導航狀態；

③ 移動實驗車，按設計實驗路線行駛；

④ 利用監控計算機中的導航軟體進行導航解算，並顯示導航結果。

五、實驗結果及分析

(一) 理論推導捷聯慣導短時段（1分鐘）位置誤差，並用1分鐘慣導實驗資料驗證。

1、一分鐘慣導位置誤差理論推導：

短時段內（t<5min），忽略地球自轉，運動軌跡近似為平面，此時的位置誤差分析可簡化為：

（1）加速度計零偏引起的位置誤差： m

（2）失準角引起的誤差： m

（3）陀螺漂移引起的誤差： m

可得1min後的位置誤差值

2、一分鐘慣導實驗資料驗證結果：

（1）純慣導解算1min的位置及位置誤差圖：

（2）純慣導解算1min的速度及速度誤差圖：

實驗結果分析：純慣導解算短時間內精度很高，1min的慣導解算的北向最大位移誤差-2.668m，東向最大位移誤差-8.

231m，可見實驗資料所得位置誤差與理論推導的位置誤差在同一數量級，結果不完全相同是因為理論推導時做了大量簡化，而且實驗時視***為真實值也會帶來誤差；另外，可見1min內純慣導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。

(二) 選取imu前5分鐘資料進行對準實驗。將初始對準結果作為初值完成1小時捷聯慣導和組合導航解算，對比1小時捷聯慣導和組合導航結果。

1、5minimu資料的解析粗對準結果：

2、5minimu資料的kalman濾波精對準結果：

3、一小時imu/***資料的組合導航結果圖及估計方差p陣圖：

4、一小時imu資料的捷聯慣導解算結果與組合濾波、***輸出對比圖：

5、結果分析：

由濾波結果圖可以看出：

（1）由組合後的速度、位置的p陣可以看出濾波之後載體的速度和位置比***輸出的精度高。

（2）短時間內sins的精度較高，初始階段的導航結果基本和***、組合導航結果重合，1小時後的捷聯慣導解算結果很差，緯度、經度、高度均發散。

（3） ins/***組合濾波的結果和***的輸出結果十分近似，因為1小時的導航***的精度比sins導航的精度高很多，kalman濾波器中***訊號的權重更大。

（4）總體看來，sins/***組合濾波的結果優於單獨用sins或***導航的結果，起到了協調、超越、冗餘的作用，使導航系統更可靠。

六、 sins/***組合導航程式

ins/***組合導航跑車1h實驗

%該程式為15維狀態量，6維觀測量的kalman濾波程式，慣性/衛星組合松耦合的數學模型

clear

clcclose all

%%初始量定義

wie = 0.000072921151467;

re = 6378135.072;

g = 9.7803267714;

e = 1.0 / 298.25;

t = 0.01imu頻率100hz,此程式中***頻率100hz

datanumber = 360000資料時間3600s

a = load('imu_1h.dat');

w = a(:,3:5)'*pi/180/3600; %陀螺儀輸出的角速率資訊單位由°/h化為rad/s

f = a(:,6:8三軸比力輸出，單位g

a = load('***_1h_new.dat');

***_pos = a(:,3:5***輸出的緯度、經度、高度資訊

***_pos(:,1:2) = ***_pos(:,1:2)*pi/180; %緯經單位化為弧度

***_v = a(:,6:8***輸出的東北天速度資訊

%捷聯解算及卡爾曼相關

v=zeros(datanumber,3組合後的速度資訊

atti = zeros(datanumber,3組合後的姿態資訊

pos = zeros(datanumber,3組合後的位置資訊

gyro=zeros(3,1);

acc=zeros(3,1);

x_kf = zeros(datanumber,15);

p_kf = zeros(datanumber,15);

lat = 40.0211142228246*pi/180組合導航的初始位置、姿態、速度

lon =116.3703629769560*pi/180;

height =43.0674;

fai = 219.9744642380873*pi/180;

theta = -0.895865732956914*pi/180;

gama = 0.640089448357591*pi/180;

vx=***_v(1,1);

vy=***_v(1,2);

vz=***_v(1,3);

x_o=zeros(15,1); %x的初值選為0

x=zeros(15,1);

%q=diag([(50e-6*g)^2,(50e-6*g)^2,(50e-6*g)^2,(0.1*pi/180/3600)^2,(0.1*pi/180/3600)^2,(0.

1*pi/180/3600)^2,0,0,0,0,0,0,0,0,0]); %隨機

q=diag([(0.008*pi/180/3600)^2,(0.008*pi/180/3600)^2,(0.

008*pi/180/3600)^2,(50e-6*g)^2,(50e-6*g)^2,(50e-6*g)^2,0,0,0,0,0,0,0,0,0]);

r=diag([(0.01)^2,(0.01)^2,(0.01)^2,(0.1)^2,(0.1)^2,(0.15)^2

p=zeros(15);

p_k=diag([(0.00005*pi/180)^2,(0.00005*pi/180)^2,(0.

00005*pi/180)^2,0.00005^2,0.00005^2,0.

00005^2,2^2,2^2,2^2,(0.001*pi/180/3600)^2,(0.001*pi/180/3600)^2,(0.

001*pi/180/3600)^2,(50e-6*g)^2,(50e-6*g)^2,(50e-6*g)^2

k=zeros(15,6);

z=zeros(6,1);

i=eye(15);

**b = [ cos(gama)*cos(fai)-sin(gama)*sin(theta)*sin(fai), cos(gama)*sin(fai)+sin(gama)*sin(theta)*cos(fai), -sin(gama)*cos(theta);

cos(theta)*sin(fai), cos(theta)*cos(fai), sin(theta);

sin(gama)*cos(fai)+cos(gama)*sin(theta)*sin(fai), sin(gama)*sin(fai)-cos(gama)*sin(theta)*cos(fai), cos(gama) * cos(theta)];

q = [ cos(fai/2)*cos(theta/2)*cos(gama/2) - sin(fai/2)*sin(theta/2)*sin(gama/2);

cos(fai/2)*sin(theta/2)*cos(gama/2) - sin(fai/2)*cos(theta/2)*sin(gama/2);

cos(fai/2)*cos(theta/2)*sin(gama/2) + sin(fai/2)*sin(theta/2)*cos(gama/2);

cos(fai/2)*sin(theta/2)*sin(gama/2) + sin(fai/2)*cos(theta/2)*cos(gama/2)];

**b_s=**b;

q_s=q;

for i=1:1:datanumber

rmh = re * (1.0 - 2.0 * e + 3.0 * e * sin(lat) * sin(lat)) + height;

rnh = re * (1.0 + e * sin(lat) * sin(lat)) + height;

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