捷联式最优组合导航系统kalman滤波算法设计

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1、摘要：由GPS和轻型惯导元器件IMU组成的用于需要较精确和稳定定位的车载系统，可用于实地勘察，测量等作业。比起单点GPS定位，差分GPS定位和平台式惯导GPS组合导航方案，应用捷联惯导GPS组合方案的车载定位系统，更轻巧，更廉价。文中论述了此种简易系统的系统组成，启动初始化过程，和姿态位置计算原理和运行情况。并分析了，此系统适用的范围，同时简要说明了构建此系统时的注意事项。文中给出了用于此系统的初始化步骤，初始对准方法，姿态计算方法和姿态，位置，速度的计算公式及推算过程。关键词：捷联组合导航，姿态计算，Kalman滤波方程Abstract：Thevehiclenavi

2、gationsystem,thatcompo∞dofGPSreceiverandlightmertialnavigationcomponents，whichusedfor咖andstudyposinoning,isnowusedinIILUnerouSworkingsuch∞fieldworkandsurvey．ComparedwithsimplepointGPS,DGPSpositioningschemeandphte-basedintegrationnavigationscheme,thesystembasedonstrapdowninertialintegrat

3、ionnavigationschemeismorelegetityandlow-cost．Ithasadiscussiononthecomposin舀initialization,thecalculateprincipleofattitudeandpositionandworkingstatusofthesimplesystem．Anditalsodiscussestheobjectionofthecalculationmethodusedinsystemandbileaylistssomcnoticeon∞ns仕．咄thesystem．Italsocontainss

4、omeformulap∞omgsuchasmethodthatu咄oncomputingattitude,positionandvelocityofthevehiclesystem．Keywords：Strap-downinertialintegrationnavigationsystem,attitude,Kalmanfilter54．3系统姿态计算I四元数定义．Ⅱ共轭四元数．．32。32⋯⋯⋯．．32⋯⋯⋯～32III四元数的模⋯⋯。Ⅳ四元数的运算规则⋯⋯⋯⋯⋯。v四元数的逆Ⅵ刚体单轴旋转前后的坐标系及位置关系Ⅶ向量叉积公式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。VIII用四元数表示

5、刚体单轴旋转变化4．3．2旋转矢量算法I更新四元数与旋转四元数。32～33。34II四元数和旋转矢量微分方程IlI三子样插值法求解旋转矢量⋯⋯⋯⋯⋯一4．4系统导航计算4．4．1航向角的计算4．4．2速度的计算4．4．3位置的计算4．5GPS和IMU数据组合算法试验特例结束语4．5．1系统误差模型I系统速度误差模型．II系统姿态误差模型4．5．2组合滤波方程4．5．3滤波方程的解算参考文献图和附表清单：图表1GPSIMI．J的组合方式图表2地球惯性坐标系示意图图表3地球坐标系示意图图表41．1地球参考模型图表52．2重力加速度图表62．3地球主曲率半径．图表7地球公转

6、旋转角速度图表8歌氏定理图表9小同坐标系的相对加速度图表103．1．3加速度计等价结构图表11图表123．2．1地理坐标系的绝对旋转角速度⋯⋯图表13l刚体单轴旋转前后的坐标系及位置关系⋯．图表14⋯⋯⋯．2433强弱弘卯∞∞们铊钙躬躬钙钙％盯观舛心B“仃姆垮殂殂殂砣图表15IMU前500秒钟的观测值．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯47图表16DGPS500秒观测插值路线图图表17静基座下DGPS获得的位置图⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．49图表18DGPS500秒内观测的静止载体的位置图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

7、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50图表191M01000秒静止观测数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯．．．50图表20IMU全程观测数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51图表21测试路线图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52公式1旋转矩阵公式2地球自转旋转矩阵—～15公式3地球和地理坐标系的旋转矩阵公式4球商坐标到直角坐标的转化公式5直角坐标到球面坐标的转化16公式6重力加速度的计算—～19公式7北向的曲率半径公式8东向的曲率