北航惯性导航综合实验五实验报告

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

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；

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IMU 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0ie ω=，运动轨迹近似为平面1/0R =，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：2

10.88022t x δ∇==m （2） 失准角0φ引起的误差：2

02 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：3

30.01376

g t x εδ==m 可得1min 后的位置误差值123 1.8157m x x x x δδδδ=++= 2、一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：

lat

0.01s 度

lon

0.01s

度

北向位移误差

0.01s

m 东向位移误差

0.01s

m

（2）纯惯导解算1min 的速度及速度误差图：

-100

-500

50Vx

0.01s m /s

0204060

80Vy

0.01s

m /s

1000

2000

30004000

5000

6000

-0.4

-0.3-0.2

-0.1

0Vx 误差

0.01s m /s

1000

2000

30004000

5000

6000

-0.1

-0.0500.05

0.1Vy 误差

0.01s

m /s

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 。

(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小时捷联惯导和

组合导航解算，对比1小时捷联惯导和组合导航结果。

1、5minIMU 数据的解析粗对准结果：

-1.1960 -0.9998 -0.0084 0.9979 -1.1990 -0.0163 0.0062 0.1198 0.9991Cnb ⎡⎤

⎢⎥=⎢⎥

⎢⎥⎣⎦

attitude =[219.7700 -0.9318 0.4828]

2、5minIMU 数据的Kalman 滤波精对准结果：

00.51

1.52

2.5

3

x 10

4

航向角

0.01秒度

x 10

4

俯仰角

0.01秒度

0.5

1

1.52

2.5

3

x 10

4

横滚角

0.01秒

度

fai = 219.9744642380873*pi/180;theta = -0.895865732956914*pi/180;gama = 0.640089448357591*pi/180;

x 10

4

-4

北向速度误差

0.01秒

米/

秒

x 10

4

-3

北向速度误差方差

0.01秒

米/

秒

x 10

4

-4

东向速度误差

0.01秒

米/

秒

x 10

4

-3

东向速度误差方差

0.01秒

米/秒