北航惯性导航综合实验五实验报告

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1、惯性导航技术综合实验实验五惯性基组合导航及应用技术实验18惯性/卫星组合导航系统车载实验一、实验目的①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理；②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理；③掌握捷联惯导/GPS组合导航系统静态性能；④掌握动态情况下捷联惯导/GPS组合导航系统的性能。二、实验内容①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）；②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）；三、实验系统组成①捷联惯导/GPS组

2、合导航实验系统一套；②监控计算机一台。③差分GPS接收机一套；④实验车一辆；⑤车载大理石平台；⑥车载电源系统。四、实验内容1）实验准备①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台；②18将IMU与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算机、GPS接收机与导航计算机、GPS天线与GPS接收机、GPS接收机与GPS电池之间的连接线正确连接；③打开GPS接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星；④打开电源，启动实验系统。2）捷联惯导/GPS组合导航实验①进入捷联惯导初始对准状态，记录IM

3、U的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU；②实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态；③移动实验车，按设计实验路线行驶；④利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。五、实验结果及分析(一)理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。1、一分钟惯导位置误差理论推导：短时段内（t<5min），忽略地球自转，运动轨迹近似为平面，此时的位置误差分析可简化为：（1）加速度计零偏引起的位置误差：m（2）失准角引起的误差：m（3）陀螺漂移引起的误差：m可得1min后的位置误差值2、一

4、分钟惯导实验数据验证结果：（1）纯惯导解算1min的位置及位置误差图：18（2）纯惯导解算1min的速度及速度误差图：18实验结果分析：纯惯导解算短时间内精度很高，1min的惯导解算的北向最大位移误差-2.668m，东向最大位移误差-8.231m，可见实验数据所得位置误差与理论推导的位置误差在同一数量级，结果不完全相同是因为理论推导时做了大量简化，而且实验时视GPS为真实值也会带来误差；另外，可见1min内纯惯导解算的东向速度最大误差-0.2754m/s，北向速度最大误差-0.08027m/s。(一)选取IMU前5分钟数

5、据进行对准实验。将初始对准结果作为初值完成1小时捷联惯导和组合导航解算，对比1小时捷联惯导和组合导航结果。181、5minIMU数据的解析粗对准结果：2、5minIMU数据的Kalman滤波精对准结果：183、一小时IMU/GPS数据的组合导航结果图及估计方差P阵图：18184、一小时IMU数据的捷联惯导解算结果与组合滤波、GPS输出对比图：5、结果分析：由滤波结果图可以看出：（1）由组合后的速度、位置的P阵可以看出滤波之后载体的速度和位置比GPS输出的精度高。（2）短时间内SINS的精度较高，初始阶段的导航结果基本和G

6、PS、组合导航结果重合，1小时后的捷联惯导解算结果很差，纬度、经度、高度均发散。（3）INS/GPS组合滤波的结果和GPS的输出结果十分近似，因为1小时的导航GPS的精度比SINS导航的精度高很多，Kalman滤波器中GPS信号的权重更大。18（1）总体看来，SINS/GPS组合滤波的结果优于单独用SINS或GPS导航的结果，起到了协调、超越、冗余的作用，使导航系统更可靠。五、SINS/GPS组合导航程序%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%INS/GPS组合导航跑车1h实验%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

7、%%%%%%%%该程序为15维状态量，6维观测量的kalman滤波程序，惯性/卫星组合松耦合的数学模型clearclccloseall%%初始量定义wie=0.000072921151467;Re=6378135.072;g=9.7803267714;e=1.0/298.25;T=0.01;%IMU频率100hz,此程序中GPS频率100hzdatanumber=360000;%数据时间3600sa=load('imu_1h.dat');w=a(:,3:5)'*pi/180/3600;%陀螺仪输出的角速率信息单位由°/h

8、化为rad/sf=a(:,6:8)';%三轴比力输出，单位ga=load('gps_1h_new.dat');gps_pos=a(:,3:5);%GPS输出的纬度、经度、高度信息gps_pos(:,1:2)=gps_pos(:,1:2)*pi/180;%纬经单位化为弧度gps_v=a(:,6:8);%GPS输出的东北