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捷联惯性导航系统仿真平台

作　者: 刘春雨
导　师: 李晖
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 捷联惯导仿真平台卡尔曼滤波
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

捷联惯性导航系统（SINS）既能自主的提供载体运行的加速度、速度、位置、姿态等信息，又不受任何外在因素的影响，可以真正的实现自主式导航。同时和平台式导航相比具有体积小，成本低，可靠性高等优点，已经成为惯性导航技术的主要发展方向。为了更好的研究SINS的导航算法以及分析不同情况下的运行轨迹，本文主要设计了模拟SINS整个过程的仿真平台，根据参数的设定可以生成不同条件下的载体轨迹以适用于对不同领域导航系统的分析和研究。首先，本文介绍了SINS的发展背景和现状，详细论述了SINS的基本原理和仿真过程。同时介绍了惯性导航系统（INS）的原理以及分类（捷联式惯性导航和平台式惯性导航），并且说明了SINS和平台式导航相比具有的优势和特点。其次，本文分析了粗对准和精对准的实现方法。通过卡尔曼滤波算法建立了系统的状态方程和观测方程，以此来实现SINS的初始对准并且提高了系统的性能。并且应用四元数的方法分析了载体实时的姿态算法以及对应的姿态角，同时详细推导了载体的位置，速度和加速度的算法。再次，本文根据SINS的仿真过程将仿真平台分为四个主要部分来实现：轨迹生成器仿真模块，惯性敏感元器件模块，导航解算模块以及误差生成模块。详细的分析了各部分的算法和原理，介绍了各个模块需要输入输出的参数以及起到的功能，并且给出了系统仿真前的求解器的参数图。最后，本文在MATLAB/SIMULINK的仿真环境下建立了SINS仿真平台，实现了惯性导航的仿真功能。同时给出了整个系统和各个子系统模块的仿真简图，并做了简要的说明。根据输入初始数据模拟了实际的轨迹和导航作用下的轨迹，同时得到了对应的导航误差。SINS仿真平台的实现可以更直观的观察载体的运行误差以及更好的研究和分析不同领域的导航算法，以及尝试不同的组合导航系统。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 导航  10
  1.2 惯性导航系统原理  10-11
  1.3 捷联惯性导航系统发展历程  11-12
  1.4 论文的主要工作及组织结构  12-13
    1.4.1 论文的主要工作  12-13
    1.4.2 论文的组织结构  13
  1.5 本章小结  13-14
第二章捷联惯性导航的基本原理  14-21
  2.1 常用坐标系介绍  14-15
  2.2 主要参数说明  15-16
  2.3 载体坐标系间的转换关系  16-18
  2.4 捷联惯导系统原理  18-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章捷联惯性导航的算法  21-39
  3.1 初始对准  21-30
    3.1.1 概述  21
    3.1.2 SINS 粗对准  21-23
    3.1.3 精对准  23-30
  3.2 姿态算法  30-33
  3.3 比力算法  33-35
  3.4 导航算法  35-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章捷联惯性导航设计思路  39-49
  4.1 轨迹生成器  39-42
    4.1.1 载体的姿态信息  39-40
    4.1.2 载体的位置、速度信息  40-42
  4.2 陀螺仪的原理和算法  42-43
  4.3 加速度计的原理和算法  43-46
  4.4 导航解算  46-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章捷联惯性导航仿真平台  49-63
  5.1 Simulink 仿真软件简介  49-50
  5.2 捷联仿真系统导航过程  50-53
    5.2.1 捷联仿真系统总体结构  50-51
    5.2.2 卡尔曼滤波  51-53
  5.3 捷联惯导系统仿真模块  53-58
    5.3.1 轨迹生成模块简图  53-54
    5.3.2 陀螺仪仿真模块简图  54-55
    5.3.3 加速度仿真模块简图  55-56
    5.3.4 导航解算和误差生成模块简图  56-58
  5.4 系统仿真结果及分析  58-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
参考文献  65-68
在学研究成果  68-69
致谢  69

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