北航惯性导航综合实验五实验报告.docx
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北航惯性导航综合实验五实验报告
仪器科学与光虹程学院
SCBOOLOFlOUKENTSCIENCEIOPTO-ELECTIOIICSMEUNG
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
惯性/卫星组合导航系统车载实验
、实验目得
1掌握捷联惯导/GPS组合导航系统得构成与基本工作原理;
2掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合得基本原理;
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组合导航系统得性能。
2.实验内容
1复习卡尔曼滤波得基本原理（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组合导航系统得基本工作原理（参考以光衢编著得《惯性导航原理》第七章）;
3.实验系统组成
1捷联惯导/GPS组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。
4.实验内容
1）实验准备
1将IMU紧固在车载大理石减掘平台上，确认IMU得安装基准面紧靠实
验平台;
2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电池之间得连接线正确连接:
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IMU得原始输出■注意5分钟内严禁移动实验车与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利用监控计算机中得导航软件进行导航解算，并显示导航结果。
5.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I分钟惯导实验数据验证。
分钟惯导位置误差理论推导:
短时段内（（v5min）.忽略地球自转，运动轨迹近似为平而，此时得位置误差分析可简化为:
可得1min后得位置误差值
（1）纯惯导解算imin得位置及位置误差图:
121.365
121.36
K121.355
121.35
121.345
1000
2000
3000
0,01s
4000
5000
6000
北间位移谍S
东间位移谍S
（2）纯惯导解算Imin得速度及速度误差图:
vy
80
60
I40
20
纯tS导解算GPS理论真值
100020003000400050006000
0,0ls
实验结果分析:
纯惯导解算短时间内精度很高，imin得惯导解算得北向最大位移误差・2、668m•东向最大位移误差・8、23Im,可见实验数据所得位置误差与理论推导得位置误差在同一数量级，结果不完全相同就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Imin内纯惯导解算得东向速度最大误差一0、2754m/S,北向速度最大误差・0、08027m/s。
（二）选取IMU前5分钟数据进行对准实验。
将初始对准结果作为初值完成1小时捷联惯导与
组合导航解算，对比1小时捷联惯导与组合导航结果。
1、5minIMU数据得解析粗对准结果:
2、5minIMU数据得KaIman滤波精对准结果:
220
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X：
2797e+04Y：
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1
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25
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219.5
08
翅09
0.8
證0・6
0.4
xio^北何連《谍S
0・01秒XM
xw，东伺連S课S
xg北间SS谟S方S
S
23
0.5
00秒X曲
X10东间連S谟S方S
0・01秒
X10^
0.5
23
xio^北ra*准ft
xio"北ra*准角方s3
2.5
2
g砂X10-
xio^东ra*准ft
0.01抄Xw
xio^天ra*准ft
3
2.5
05秒X10'
xio°东ra*准角方s
5
•0
一一
3.2
EK3
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■5
・・
2.8
■
012
05秒X10'
X1O°天同*«角方S
0.01抄
X10
X10
0・3、一小时【MU/GPS数据得组合导航结果图及估计方差P阵图:
40・2
40
39.8
3・5
X10
2.5
0.01S经S
117
116.5
116
3・5
X10
2.5
10Q
50
20
-20
20
■20
-2
0・5
0.01S
IS度
1.52
O.OIS
^5__3«合》2—■—GPS
3.5
X10
•••A•
—」『5皿4Hjf•/、
0.5
as
as
1.522.5
O.OIS
北向iSfi
jy
1.5225
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天向iSS
•2
3.5
as
X10
X10
1.52
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25
3.5
_3运合滤波
GPS
X10
300
航间ft
200
100
0.5
3
3.5
4
2.5
0.01s
陆仰角
X10^
0.5
0.5
1.522.5
0.01s
墳滚A
1.522.5
0.01s
3.5
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X10^
3.5
4
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X1C
3,5
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0.01S
Pf9«Dft溪S
X10
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0.01S
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X10
愿05
0.01S
X10
X10*^
p东间遽度谡s
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-
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1
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1
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II
F
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00.5
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I
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2
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I
I
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2
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P离度谟S
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3.5
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•
•
•
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•
•
4
0.2
E0.1
X104
腿2
0
腿2
0
22.533.54
°esxIO^
4、一小时【MU数据得捷联惯导解算结果与组合滤波、GPS输出对比图:
50
IL1LL1I
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*•■
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1
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0
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n
nR
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1R
9
oc
a
cc
A
lat
120
2
-2
0.01s
£0
纯ts导解算
INS/GPSS合淹波
GPSffi出
腿115
110
腿40
30
5、结果分析:
由滤波结果图可以瞧出:
（1）
由组合后得速度、位置得P阵可以瞧出滤波之后载体得速度与位置比GPS输出得精
度高。
（2）
短时间内SINS得精度较奇•初始阶段得导航结果基本与GPS、组合导航结果重合J
小时后得捷联惯导解算结果很差,纬度、经度、高度均发散。
（3）
INS/GPS组合滤波得结果与GPS得输出结果十分近似，因为1小时得导航GPS得
精度比SINS导航得精度奇很多,Kalman滤波器中GPS信号得权重更大。
（4）总体喘来月INS/GPS组合滤波得结果优于单独用S1NS或GPS导航得结果•起到了
协调.超越、冗余得作用,使导航系统更可靠。
六.SINS/GPS组合导航程序
%%%%%%%%%%%%%眺％mi%%缸XS/GPS组合导航跑车Ih实验％%觥％%%
%该程序为15维状态量，6维观测量得Raiman滤波程序，惯性/卫星组合松耦合得数学模型
C1ear
clc
closea11
號初始量定义
wie=0、1467；
Re6=“378135、072;
g=9、7803267714;
e=1、0/
T=0、01：
datanumbera=loadCw=a（:
3：
298、25：
=360000;itnu_lh^dat'）;
5）'*pi/180/3600;
8）\
%IMl；频率lOOhZ■此程序中GPS频率100hz%数据时间3600s
f=a（:
6：
a=10adCgps_1h_ne积dat'）;
gps_pos=a（:
3：
5）；
信息
gps_pos（:
1:
2）=gpS_pos（:
1：
2）*pi/l80;
gps_v=a（:
>6：
8）;
就联解算及卡尔曼相关
v=zer0s（datanumber,3）;
atti=zeros（datanximber^3）;
pos=zeros（datanumb
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