基于simulink与m语言的捷联惯导系统仿真方法研究

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1、第10卷第16期2010年6月科学技术与工程Vo1．10No．16June20101671-1815(2OLO)16—4032—05ScienceTechnologyandEngineering@2010Sci．Tech．Engng．基于Simulink与M语言的捷联惯导系统仿真方法研究胡鑫韩崇伟王玮马捷(西北机电工程研究所，咸阳712099)摘要在研究捷联惯导系统的导航解算算法时，经常需要对算法进行仿真以测试算法的性能。比较研究了在Matlab中实现捷联惯导系统仿真的两种方法：一种是采用M语言编写各功能函数，通过函数调用的方式实现捷联惯导系统的仿真；另一种

2、是采用Simulink模型与M语言结合的方式实现捷联惯导系统的仿真。分别用这两种方法进行了1h的导航解算仿真，仿真结果表明，这两种仿真方法均具有很高的仿真速度和仿真精度，都能满足工程应用的需要，与第一种方法相比第二种仿真方法可以方便地设定仿真时间、惯性测量组件的采样频率，也可以在仿真中暂停或停止仿真，具有更好的可操作性。关键词SimulinkM语言捷联惯导系统仿真中图法分类号TP391．9；文献标志码A在研究捷联惯导系统的导航解算算法时，经常需解算并且控制导航时间的长短。在主程序中首先要对算法进行仿真以验证算法的正确性。现提出在设定仿真参数，如地球参数、惯性

3、测量组件的采样Matlab环境下实现捷联惯导系统仿真的两种方法：一周期以及导航时间等，然后依次调用轨迹产生程序种是采用M语言编写各功能函数，通过函数调用的和导航解算程序进行导航解算。本文中设定惯性方式实现捷联惯导系统的仿真(简称方法1)；另一种测量组件的采样周期为0．01S，导航时间为1h。导是采用Simulink模型与M语言结合的方式实现捷联航主程序的流程图如图1所示。惯导系统的仿真(简称方法2)，并且研究了这两种方法在仿真结果的精度和仿真速度方面的异同点，对捷塑联质导系统的研究具有一定的参考价值。!设定仿真参数1采用M语言的捷联惯导系统仿真方法二二]二设

4、定初始姿态、速度和位置采用M语言的捷联惯导系统仿真方法，就是在Matlab环境下用M语言编写捷联惯导系统的导航调用轨迹产生程序主程序和子程序，通过主程序调用子程序的方式实调用导航解算程序现对捷联惯导系统的仿真。由于研究的重点是在Matlab环境下实现捷联惯导系统仿真的两种方法以存储导航结果及它们之间的异同点，而不是捷联惯导系统的算否法，所以在主程序中直接设定初始姿态角然后进行<墼二=：+是导航解算，可省略初始对准的过程。绘制导航过程曲线1．1导航主程序设计导航主程序的功能就是调用子程序进行导航结束1导航主程序流程图2010年3月9日收到16期胡鑫，等：基于S

5、imulink与M语言的捷联惯导系统仿真方法40331．2子程序设计航解算程序的流程图如图3所示。1．2．1轨迹产生程序轨迹产生程序的作用就是根据设定的姿态、方位、位置变化规律产生陀螺仪和加速度计的输出数姿态更新据。轨迹产生程序的流程图如图2所示。具体的轨迹生成算法参见文献[1]。速度更新I位置更新橄据拔体的姿态变化规律计算【地球参数更新我体当前的姿态伯和方位霸(结束)悯、、、-图3导航解算的程序流程图楸撅拔体的他变化规件计锋载体当漪灼经度、纬艘和嫂姿态更新算法采用优化二子样旋转矢量算法。，令t时刻的姿态四元数为Q(t)，t时刻的姿态汁筇地球血角怀系，。p载

6、体位霞的坐标值．并求赢角坐标的四元数为Q()，【t，t川】时间段内的姿态变化四阶导数和阶导数◆元数为g()，则有l2j利jH地球麻角标系tlI钱体位Q(t)=Q(tk)霉()标的阶导数和cn计t算其中：Q(tk)与垡()之间的乘法为四元数乘法；利用、蝶、、产口()=c。s詈+sin芋，为载体坐标系从时i陀螺仪的输f=lt=；b刻至t时刻的等效旋转矢量，=IJ，根据优利删c、O)i”c以及藏体鬣e、、化二子样旋转矢量算法有：：AO，+△+坐标的阶导数，生加速艘计的输Ll△。起始时刻的姿态四元数Q(0)根据初。始姿态角与四元数之间的转换关系获得l3]，求得Q(t

7、⋯)后根据姿态角和姿态四元数之间的关系可图2轨迹产生程序的流程图以求出t时刻的姿态角，从而完成姿态更新。设定在导航时间内，载体姿态、方位、位置的变速度更新算法利用简化算法]：化规律为：=l，+(c+[00一】)t。载体姿态变化：俯仰角=5~cos(,rrt／5)；横滚角其中：，，为t时刻载体速度在导航系中的投影；y=5~cos(eft／5)。载体方位变化：方位角lf，=l，5~COS(~rt／5)。载体位置变化：纬度=31。+一。为t一。时刻载体速度在导航系中的投影；为3~cos(zrt／20ooo)；经度A=103。十5。COS(／25ooo)；姿态矩阵c

8、：的转置矩阵；为加速度计输出的比高度h=390+10