基于MEMS-IMU的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、慣性導(dǎo)航技術(shù)在軍事領(lǐng)域及國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技術(shù)地不斷進(jìn)步，MEMS慣性器件的精度和穩(wěn)定性逐步提高，基于MEMS-IMU的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以其成本低、體積小、功耗低的特點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。然而，由于MEMS慣性器件的精度較低，由其構(gòu)成的慣導(dǎo)系統(tǒng)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間單獨(dú)完成導(dǎo)航定位任務(wù)，而引入GPS信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行誤差修正，可以很好的解決這個(gè)問(wèn)

2、題，同時(shí)，慣導(dǎo)系統(tǒng)的短時(shí)獨(dú)立導(dǎo)航功能又能彌補(bǔ)GPS信號(hào)容易丟失的缺陷。
　　 本文圍繞著捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用展開(kāi)研究，利用磁強(qiáng)計(jì)和GPS輔助MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供系統(tǒng)定姿和導(dǎo)航性能。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1.研究了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的基本工作原理和解算流程，對(duì)比分析了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中三種傳統(tǒng)的姿態(tài)更新算法，針對(duì)工程應(yīng)用和MEMS陀螺儀的特性，選擇了四元數(shù)法作為姿態(tài)角更新算法。對(duì)靜止條件下的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)算法進(jìn)行了理論

3、仿真和誤差分析，針對(duì)MEMS慣性測(cè)量元件誤差較大的情況進(jìn)行了仿真，結(jié)果證明MEMS慣性器件無(wú)法直接使用傳統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法進(jìn)行導(dǎo)航解算。
　　 2.針對(duì)MEMS陀螺儀精度較低的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了由三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)成的組合定姿方案。通過(guò)對(duì)磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)的觀測(cè)值進(jìn)行幾何求解獲得姿態(tài)角，并通過(guò)卡爾曼濾波對(duì)陀螺儀求出的姿態(tài)角進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)。利用Xsens公司的MTi微慣性測(cè)量組合系統(tǒng)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，