北航惯性导航综合实验四实验报告
惯性导航实验
惯性导航实验一、 实验目的1、了解惯性导航设备;2、掌握惯性导航设备的物理连接；3、掌握惯性导航信息的处理方法；4、掌握惯性导航方法并学会用编程实现惯性导航算法。
二、 实验器材YH-5000AHRS ；工业控制计算机；数据采集软件； 稳压电源；串口连接线； 三、 实验原理 （1） 姿态解算基于四元数法解算姿态矩阵。
p j p i p l Q +++=21 （1）⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--++----+++---+=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡b b b p b b b b p p p z y x C z y x p p p l lp p p lp p p lp p p p p p l lp p p lp p p lp p p p p p l z y x 222123213223113223212223212313212322212)(2)(2)(2)(2)(2)(2 （2） b pbQw Q 21= （3） 上述微分方程表示成矩阵形式：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡321321000021p p p l w w w w w w w w w w w w p p p l b pbxb pbyb pbzb pbxb pbz bpbyb pby b pbz b pbx b pbz b pbyb pbx（4）初始四元数的确定计算如下：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--++=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡2cos 2cos 2sin 2sin 2sin 2cos 2cos 2sin 2sin 2sin 2cos 2cos 2sin 2cos 2sin 2cos 2sin 2cos 2sin2sin2sin2cos2cos2cos )0(3)0(2)0()0(0000000000000000000001γθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕG G G G G G G G p p p l （5） 用四阶龙格库塔法解（4）的微分方程；⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=333231232221131211T T T T T T T T T C p b由p b C 中提取γϕλ，，G231sin T -=主λ22211tan T T G -=主ϕ )(tan 33131T T --=主γ 从而可得到：主λλ=⎪⎩⎪⎨⎧<>+>><+=0,020,002122212222T T T T T GG G G πϕϕπϕϕ主主主⎩⎨⎧<>=0,)(-0331333T T sign T πγγγ （2） 速率位置解算将加速度测量的沿坐标系轴向的比力bib a 转换成沿着导航坐标系轴向的比力p ib a ,则速度方程为:p p epp ep p ib p ep g V w a V +⨯+Ω-=)2( 展开得到：⎪⎩⎪⎨⎧-+Ω-+Ω+=+Ω+Ω-=+Ω-Ω+=gV w V w a V V w V a V V w V a V p epy p epx p x p epx p epy p y p ibz p epzp epz p epx p x p epx p z p iby p epy p epzp epy p y p epy p z p ibx p epx )2()2()2(2)2(2 由于Ω,pep w 都很小，故而速度方程简化为：⎪⎩⎪⎨⎧-===ga V a V a V p ibz pepz piby p epy p ibxp epx用一阶欧拉法解，则：⎪⎩⎪⎨⎧+-=++=++=+)(*)()()(*)()(*)(t V T g a T t V t V T a T t V t V T a T t V p epz p ibz p epzpepy p iby p epy pepx p ibx p epx 其中T 为采样时间。
北航惯性导航综合实验四实验报告
基于运动规划的惯性导航系统动态实验二零一三年六月十日实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。
通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。
二、实验内容学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。
三、实验系统组成USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。
四、实验原理IMU安装误差系数的计算方法USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。
USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。
USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。
由USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。
图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。
CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。
USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。
用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。
五、实验内容1、操作步骤1）检查电机驱动电源（24V）2）检查USB_PCL6045B 控制板与上位机及电机驱动器间的连接电缆3）启动USB_PCL6045B 控制板评估测试系统检查系统是否正常工作。
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：210.88022t x δ∇==m （2） 失准角0φ引起的误差：202 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：330.01376g 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：lat0.01s 度lon0.01s度北向位移误差0.01sm 东向位移误差0.01sm（2）纯惯导解算1min 的速度及速度误差图：-100-50050Vx0.01s m /s020406080Vy0.01sm /s100020003000400050006000-0.4-0.3-0.2-0.10Vx 误差0.01s m /s100020003000400050006000-0.1-0.0500.050.1Vy 误差0.01sm /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，东向最大位移误差，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s ，北向速度最大误差s 。
惯性运动的实验报告
通过本次实验，验证物体在不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态的现象，即惯性。
同时，通过实验观察和记录，加深对惯性概念的理解。
二、实验器材1. 平滑桌面2. 力学小车3. 木块4. 石块5. 尺子6. 秒表7. 记录本三、实验原理惯性是物体保持其静止状态或匀速直线运动状态的性质。
根据牛顿第一定律，一切物体在没有受到外力作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
本实验通过观察力学小车在受到外力作用后，是否保持匀速直线运动，来验证惯性的存在。
四、实验步骤1. 将力学小车放置在平滑桌面上，确保桌面平整，减少摩擦力对实验结果的影响。
2. 在小车的前端放置一个木块，木块与桌面接触面要光滑。
3. 使用尺子测量小车与木块的总长度，记录下来。
4. 将石块放在桌面上，确保石块与桌面接触面光滑。
5. 用手推一下小车，使其以较快的速度撞向石块。
6. 观察小车在撞击石块前后的运动状态，记录小车在撞击石块前后的速度。
7. 使用秒表测量小车撞击石块前后的时间，记录下来。
8. 根据实验数据，分析小车在撞击石块前后的运动状态，判断小车是否具有惯性。
实验中，小车在撞击石块前以较快的速度运动，撞击石块后速度明显减小，最终停止运动。
同时，木块在撞击过程中向前倾倒。
六、实验结论1. 小车在撞击石块前后的运动状态发生了改变，说明小车受到了外力作用。
2. 小车在撞击石块后停止运动，说明小车受到了石块的反作用力。
3. 木块在撞击过程中向前倾倒，说明木块具有惯性。
4. 通过实验验证，物体在不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态，即惯性现象存在。
七、实验讨论1. 本实验中，小车受到的外力包括推力和石块的反作用力。
在实验过程中，尽量减少摩擦力对实验结果的影响。
2. 实验中，木块向前倾倒，说明木块具有惯性。
这表明，惯性与物体的质量有关，质量越大，惯性越大。
3. 在日常生活中，惯性现象无处不在。
例如，乘坐汽车时，当汽车突然刹车，乘客会向前倾斜；在运动场上，运动员在起跑时需要克服惯性，才能达到更高的速度。
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：210.88022t x δ∇==m （2） 失准角0φ引起的误差：202 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：330.01376g 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：lat0.01s 度lon0.01s度北向位移误差0.01sm 东向位移误差0.01sm（2）纯惯导解算1min 的速度及速度误差图：-100-50050Vx0.01s m /s020406080Vy0.01sm /s100020003000400050006000-0.4-0.3-0.2-0.10Vx 误差0.01s m /s100020003000400050006000-0.1-0.0500.050.1Vy 误差0.01sm /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 。
惯导实习报告
一、前言惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）是一种基于物体自身运动状态进行导航定位的系统。
在军事、民用等领域具有广泛的应用。
为了深入了解惯导系统的原理和应用，我们于近期进行了惯导实习。
以下是对本次实习的总结和报告。
二、实习目的1. 了解惯性导航系统的基本原理和组成；2. 掌握惯导系统的安装、调试和操作方法；3. 通过实际操作，提高动手能力和解决实际问题的能力；4. 为今后从事相关领域的工作奠定基础。
三、实习内容1. 惯性导航系统原理（1）惯性导航系统概述惯性导航系统是利用物体惯性原理进行导航定位的一种系统。
它通过测量物体运动过程中的加速度、速度和位置等参数，实时计算出物体的运动轨迹和位置。
（2）惯性导航系统组成惯性导航系统主要由惯性测量单元（IMU）、数据处理单元和显示单元组成。
2. 惯导系统安装与调试（1）安装将惯导系统按照说明书要求安装到试验平台上，确保安装牢固。
（2）调试连接电源和通信线，启动系统，进行自检。
检查各部件工作状态，确保系统正常运行。
3. 惯导系统操作（1）启动系统按下启动按钮，系统开始工作。
（2）输入初始数据输入起始位置、速度和航向等初始数据。
（3）实时监测观察系统实时显示的加速度、速度和位置等信息，分析系统工作状态。
（4）数据记录记录实验过程中各参数的变化情况，为后续分析提供依据。
四、实习总结1. 通过本次实习，我们掌握了惯性导航系统的基本原理和组成，了解了惯导系统的安装、调试和操作方法。
2. 在实际操作过程中，我们遇到了一些问题，如系统不稳定、数据误差等。
通过查阅资料和请教指导老师，我们找到了解决问题的方法，提高了自己的动手能力和解决问题的能力。
3. 本次实习使我们认识到，惯性导航系统在实际应用中具有重要意义，为今后从事相关领域的工作打下了基础。
五、心得体会1. 实习过程中，我们充分认识到理论知识与实际操作相结合的重要性。
只有将所学知识运用到实际工作中，才能更好地提高自己的能力。
导航原理实验报告
导航原理实验报告院系：班级：学号：姓名：成绩：指导教师签字：批改日期：年月日哈尔滨工业大学航天学院控制科学实验室实验1 二自由度陀螺仪基本特性验证实验一、实验目的1．了解机械陀螺仪的结构特点；2．对比验证没有通电和通电后的二自由度陀螺仪基本特性表观； 3．深化课堂讲授的有关二自由度陀螺仪基本特性的内容。
二、思考与分析1． 定轴性（1） 设陀螺仪的动量矩为H ，作用在陀螺仪上的干扰力矩为M d ，陀螺仪漂移角速度为ωd ，写出关系式说明动量矩H 越大，陀螺漂移越小，陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高.答案：d d H M ω=⨯u u u r u u r u u r/sin d dH M θω= 干扰力矩M d 一定时，动量矩H 越大，陀螺仪漂移角速度为ωd 越小，陀螺漂移越小，陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高.（2） 在陀螺仪原理及其机电结构方而简要蜕明如何提高H 的量值?答案：H J =Ωu u r u r 由公式2AJ dm r =⎰⎰⎰可知提高H 的量值有四种途径：1. 陀螺转子采用密度大的材料,其质量提高了，转动惯量也就提高了。
2. 改变质量分布特性。
在质量相同的情况下，若质量分布的半径距质心越远，H 越大。
因此将陀螺转子的有效质量外移，如动力谐陀螺将转子设计成环状。
即在陀螺电机定子环中，可做成质量集中分布在环外边缘的环形结构，切边缘部分材质密度大，可提高转动惯量。
3. 增大r,可有效提高转动惯量。
4. 另外可通过采用外转子电机来改变电机质量分布，增大r 。
改变电机定转子结构：采用外转子，内定子结构的转子电机。
4. 增加陀螺转子的旋转速度。
2/602(1)/n s f p ωππ==- ，60(1)/n f s p =-提高电压周波频率 f ↑——〉n ↑——H ↑ f=400Hz适当减少极对数 ，如取p=1适当减少转差率s ，可通过减少转子支承轴承摩擦来实现2．进动性(1) 在外框架施加一沿x 轴正方向作用力矩时，画出动量矩H 的进动方向及矢量M ，ω，H 的关系坐标图。
北航物理实验报告
北航物理实验报告实验目的本次实验旨在通过观察和记录不同物理实验现象，加深对物理定律和实验原理的理解，培养实验操作和数据处理的能力。
实验仪器和试剂实验中所使用的仪器主要有： - 偏光镜 - 精密天平 - 万用表 - 实验箱 - 导线 - 示波器试剂方面，主要是一些金属样品和电池。
实验原理1. 偏光镜实验偏光镜是通过改变光波的偏振方向而起作用的光学仪器。
它能够选择性地通过偏振方向相同的光，而将垂直方向上的光进行消光。
我们可以利用偏光镜来观察偏振光、解偏振光等现象。
2. 大飞轮实验大飞轮实验是通过转动一个质量较大的飞轮，然后通过改变飞轮的转动速度来观察与测量一系列现象。
例如，当飞轮自转速度增大时，人体会感觉到一种向外推的力。
3. 磁场实验通过在实验箱中放置磁体，在观察和测量不同位置的磁感应强度，以及磁场对导线的作用力等现象，来研究磁场的性质和行为。
4. 电学实验利用实验箱中的电池、导线和示波器等设备，通过观察电路中的电流、电压等现象，来研究电学定律和电路的特性。
实验步骤和结果1. 偏光镜实验第一步，我们拿起偏光镜，调整其方向，观察到当两个偏光镜的偏振方向相同时，透过光线的亮度最大；而当两个偏光镜的偏振方向垂直时，透过光线的亮度几乎消失。
第二步，我们旋转一个偏光镜，观察到透过光线的亮度随着旋转角度的变化而变化。
2. 大飞轮实验第一步，我们先调整飞轮的转速为最低档位，然后将手放在飞轮上，观察到飞轮自转时手感较轻。
第二步，我们逐渐增加飞轮的转速，观察到手感逐渐变重，甚至有时会出现感觉手被向外推的现象。
3. 磁场实验第一步，我们将磁体放入实验箱，并在实验箱内移动磁感应探头，记录下不同位置的磁感应强度。
第二步，我们将一个导线放在实验箱中，通上电流后观察导线所受的力的方向和大小。
4. 电学实验第一步，我们连接一个电路，其中包括一个电池、一根导线和一个电阻。
然后使用万用表测量电路中的电流和电压。
第二步，我们改变电阻的大小，观察电路中的电流和电压随之变化。
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基于运动规划的惯性导航系统动态实验二零一三年六月十日实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。
通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。
二、实验内容学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。
三、实验系统组成USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。
四、实验原理IMU安装误差系数的计算方法USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。
USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。
USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。
由USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。
图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。
CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。
USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。
用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。
五、实验内容1、操作步骤1）检查电机驱动电源（24V）2）检查USB_PCL6045B 控制板与上位机及电机驱动器间的连接电缆3）启动USB_PCL6045B 控制板评估测试系统检查系统是否正常工作。
4）运行编写的定长运动程序，并比较实际位移与设定位移。
5）修改程序设定不同运动长度，并重复执行步骤4）。
6）对记录实验数据，并进行误差分析。
2、实验数据处理基于VC的控制界面：本次实验必须先设计控制系统的上位机，通过上位机的串口向下位机发送控制命令，下位机接收到命令后，产生PWM波，控制电机的正反转以此达到控制导轨运动的目的。
系统的控制界面如图1所示：图1 系统的控制界面控制导轨运动，运动采取正向运动，再返回，即IMU的实际运行位移为零。
并保存数据控制界面的应用程序源程序仅写出VC中按钮的响应程序：void CAaaDlg::Online() ////定长运动{// TODO: Add your control notification handler code hereUSB_initial();USB_default_set();USB_set_org_logic(AXS_AX,0);//原点开关的逻辑, 负逻辑USB_set_el_logic(AXS_AX,0);//硬极限输入逻辑,低电平使能USB_set_sd_logic(AXS_AX,0);//减速开关的输入逻辑,负逻辑USB_set_alm_logic(AXS_AX, 1);//报警输入信号逻辑USB_set_inp_logic(AXS_AX,1);//in的输入信号逻辑USB_ez_logic(AXS_AX,0);//Z相的输入逻辑USB_set_pls_outmode(AXS_AX,1);USB_set_out_enable(AXS_AX,1);//脉冲输出使能// USB_jog_continue(AXS_AX,150,20000,20,20,20,20,1,30000);USB_start_tr_move(AXS_AX, m_dist, 0, m_inspeed, 5000, 5000); // USB_tv_move(AXS_AX, 150, 2000, 3000);/* USB_v_change(AXS_AX, 5000, 5000);while(1){USB_get_speed(AXS_AX, &m_speed);UpdateData(FALSE);MSG msg;while(PeekMessage(&msg,0,0,100,PM_REMOVE)){TranslateMessage(&msg);DispatchMessage(&msg);}Sleep(100);}*/}void CAaaDlg::OnButton1() //////停止运动{// TODO: Add your control notification handler code hereUSB_sd_stop(AXS_AX);}void CAaaDlg::OnGetSpeed() //////获得速度{// TODO: Add your control notification handler code hereUSB_get_speed(AXS_AX, &m_speed);UpdateData(FALSE);}void CAaaDlg::OnButton3() ///OK 按钮程序{// TODO: Add your control notification handler code hereUpdateData(true);}3，处理数据由实验原理可知，惯性测量单元（IMU）可以通过自身独立的测量结果进行积分，计算出目标运动的角度和位移等量。
本次实验就是利用IMU的加速度计的某一敏感轴测量导轨运行的加速度，通过加速度两次积分得到物体的位移，计算结果如图2所示：实验经过往返，从原理上讲位移应该为零。
处理结果：位移曲线：速度曲线：4，源程序：A=load('E:\惯性器件综合实验\我的作业\实验四\X300000_V10000.txt'); T=1/200; %%%%单位为秒g=9.78;Ax=A(:,4)*g/1000; %%%提取加速度计的值转化为m/s^2Ax=Ax*(1.0009)-0.0036595*g;vx=zeros(12657,1);sx=zeros(12657,1);u=zeros(12657,1);%%%%%计算位移for i=2:12657vx(i)=vx(i-1)+(Ax(i-1)+Ax(i-1))*T /2;sx(i)=sx(i-1)+(vx(i-1)+ vx(i))/2*T+0.5*A(i-1)*T*T;u(i)=i;endfigureplot(u/100,vx);xlabel('时间/秒'),ylabel('速度米/秒');figureplot(u/100,sx);xlabel('时间/秒'),ylabel('位移米');5，实验结果分析从原理上讲IMU做往返运动，位移应该出现增大和减小的趋势，但是由于各种误差角，而且滑轨也不能保证当地水平，在计算过程中，也未减去有害加速度。
所以误差很大。
而且根据所采集的数据可知加速度计并没有感知方向，在实验过程中应该根据计算脉冲与时间，自己计算方向时间惯性导航系统半物理仿真实验一、实验目的进行惯导系统半物理仿真实验，以验证惯性器件真实误差特性情况下惯性导航系统的性能。
二、实验内容将采集到陀螺仪与加速度计的真实误差数据叠加到轨迹发生器产生的导航参数真值上，进行惯导解算，并分析误差特性。
三、实验系统组成真实的陀螺仪、加速度计或 IMU，数据采集系统和数据处理计算机。
四、实验步骤（1）采集实验数据（2）处理采集的实验数据，生成半物理的惯性器件误差数据（3）生成半物理的导航数据，进行导航解算（4）对导航解算结果进行分析（5）完成实验报告五、实验内容及结果（1）半物理仿真数据的生成：a)应用前面IMU实验或惯性导航系统动态实验中采集的陀螺仪与加速度计的静态数据DATAb)对以上采集的静态数据求取均方差X（结果为X度/小时或Xg）c)将DATA中数据去掉均值生成新的数据DATA1（器件噪声）d)自己设定要仿真的陀螺或加速度计的精度Y（度/小时或g）e)将DATA1中数据乘以Y/X生成新的数据DATA2（半物理仿真噪声）f)从DATA2中读取数据并叠加到轨迹发生器产生的标准数据(不含噪声)上，进行导航解算。
（如初始采集的数据长度不够，可以将DATA2中数据重复利用，即将生成一个几倍长度于DATA2和数据文件DATA3，并从DATA3中读取半物理数据并叠加到轨迹发生器产生的标准数据上）（2）加半物理仿真噪声数据的导航结果：（3）叠加噪声的导航结果：（4）结果分析：由实验结果可见，叠加的仿真噪声数据对姿态的解算影响很大；但由于所加噪声较小，所以噪声数据对位移和速度的解算影响不大。
六，源程序clear,clcinvout=load('E:\惯导实验数据\第四次\实验4.3\第四部分半物理仿真数据生成方法及数据格式说明\IMU数据\invout.dat');CaijiShuju=load('E:\惯导实验数据\第四次\实验4.3\第四部分半物理仿真数据生成方法及数据格式说明\IMU数据\data2.txt');W=CaijiShuju(:,3:5);F=CaijiShuju(:,9:11);W_pingjun=mean(W);F_pingjun=mean(F);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%生成噪声%%%%%%%%%%%%%%wx=W(:,1)-W_pingjun(1,1);%器件噪声wy=W(:,2)-W_pingjun(1,2);wz=W(:,3)-W_pingjun(1,3);fx=F(:,1)-F_pingjun(1,1);fx=F(:,2)-F_pingjun(1,2);fx=F(:,3)-F_pingjun(1,3); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%求陀螺均方差%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%N=size(W);n=N(1,1);%%%%%%%%%%%%%陀螺的精度设为0.5度/小时%%%%%%%%%%%%%%%%%%%w_jingdu=0.5/3600*pi/180%0.5度/小时转成弧度sx=0;for i=1:nsx=sx+(W(i,1)-W_pingjun(1,1))^2endwx_junfangcha=sqrt(sx/n);%x陀螺的均方差wx1=w_jingdu/wx_junfangcha;Wx=wx*wx1 %半物理仿真噪声Wxsx=0;for i=1:nsx=sx+(W(i,2)-W_pingjun(1,2))^2endwy_junfangcha=sqrt(sx/n);%y陀螺的均方差wy2=w_jingdu/wy_junfangcha;Wy=wy*wy2 %半物理仿真噪声Wysx=0;for i=1:nsx=sx+(W(i,3)-W_pingjun(1,3))^2endwz_junfangcha=sqrt(sx/n);%z陀螺的均方差wz3=w_jingdu/wz_junfangcha;Wz=wz*wz3 %半物理仿真噪声Wz %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%求加计的均方差%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%f_jingdu=1/1000*9.8%加计的精度为1mgsx=0;for i=1:nsx=sx+(F(i,1)-F_pingjun(1,1))^2endfx_junfangcha=sqrt(sx/n);%x加计的均方差fx1= f_jingdu/fx_junfangcha;Fx=fx*fx1;sx=0;for i=1:nsx=sx+(F(i,2)-F_pingjun(1,2))^2endfy_junfangcha=sqrt(sx/n);%y加计的均方差fx2= f_jingdu/fy_junfangcha;Fy=fx*fx2;sx=0;for i=1:nsx=sx+(F(i,3)-F_pingjun(1,3))^2endfz_junfangcha=sqrt(sx/n);%z加计的均方差fx3= f_jingdu/fz_junfangcha;Fz=fx*fx3;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%轨迹发生器数据叠加噪声%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Wx_invout=invout(:,5);Wy_invout=invout(:,6);Wz_invout=invout(:,7);Fx_invout=invout(:,2);Fy_invout=invout(:,3);Fz_invout=invout(:,4);L_invout=invout(:,8); %纬度Jingdu_invout=invout(:,9);%经度Height_invout=invout(:,10);%高度%%%%%%%%%%%%%%%开始叠加%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%N1=size(invout);n1=N1(1,1);%%%%应为采样点数大于轨迹发生器的个数，所以以轨迹发生器的个数为准Wxx=Wx(1:n1,1)+Wx_invout;Wyy=Wy(1:n1,1)+Wy_invout ;Wzz=Wz(1:n1,1)+Wz_invout;Wibb=[Wxx,Wyy,Wzz];Fxx=Fx(1:n1,1)+Fx_invout;Fyy=Fy(1:n1,1)+Fy_invout ;Fzz=Fz(1:n1,1)+Fz_invout;Fibb=[Fxx,Fyy,Fzz];q0=zeros(n1,1);q1=zeros(n1,1);q2=zeros(n1,1);q3=zeros(n1,1);Phai=zeros(n1,1);Thita=zeros(n1,1);Gama=zeros(n1,1);Phai(1)=0/180*pi;%偏航初始角Thita(1)=(0)*pi/180;%俯仰初始角Gama(1)=(0)*pi/180;%横滚初始角L=zeros(n1,1);nmda=zeros(n1,1);Vxt=zeros(n1+1,1);Vyt=zeros(n1+1,1);q0(1)=cos(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2)+sin(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2);q1(1)=cos(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2)+sin(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2);q2(1)=cos(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2)-sin(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2);q3(1)=cos(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2)-sin(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2);Wie=0.000072921151467;%已经是弧度制L(1)=40/180*pi;nmda(1)=116.0/180*pi;T=0.01;%采样频率为100HzVxt(1)=0;Vyt(1)=0;Re=6378245+80;%加高度80米e=1/298.3;for k=1:n1c11=q0(k)^2+q1(k)^2-q2(k)^2-q3(k)^2;c12=2*(q1(k)*q2(k)+q0(k)*q3(k));c13=2*(q1(k)*q3(k)-q0(k)*q2(k));c21=2*(q1(k)*q2(k)-q0(k)*q3(k));c22=q0(k)^2-q1(k)^2+q2(k)^2-q3(k)^2;c23=2*(q2(k)*q3(k)+q0(k)*q1(k));c31=2*(q1(k)*q3(k)+q0(k)*q2(k));c32=2*(q2(k)*q3(k)-q0(k)*q1(k));c33=q0(k)^2-q1(k)^2-q2(k)^2+q3(k)^2;Cnb=[c11,c12,c13c21,c22,c23c31,c32,c33];if abs(c22)>0.0000000000001Phai(k)=atan(-c21/c22);endif abs(c22)>0.0000000000001 & c21>0Phai(k)=pi/2;endif abs(c22)>0.0000000000001 & c21<0Phai(k)=-pi/2;endif abs(c22)>0.0000000000001 & c22>0Phai(k)=atan(-c21/c22);endif abs(c22)>0.0000000000001 & c22>0 & c21>0Phai(k)=atan(c21/c22)+pi;endif abs(c22)>0.0000000000001 & c22>0 & c21<0Phai(k)=atan(-c21/c22)-pi;endThita(k)=asin(c23);Gama(k)=-atan(c13/c33);Cbn=inv(Cnb);Aibn=Cbn*Fibb(k,:)';Rxt=Re/(1-e*(sin(L(k))*sin(L(k))));axt=Aibn(1,1)+2*Wie*sin(L(k))*Vyt(k)+Vyt(k)*Vxt(k)*tan(L(k))/Rxt;ayt=Aibn(2,1)-2*Wie*sin(L(k))*Vxt(k)-Vxt(k)*Vxt(k)*tan(L(k))/Rxt;Vxt(k+1)=axt*T+Vxt(k);Vyt(k+1)=ayt*T+Vyt(k);Ryt=Re/(1+2*e-3*e*(sin(L(k))*sin(L(k))));L(k+1)=0.5*T*(Vyt(k+1)+Vyt(k))/Ryt+L(k);nmda(k+1)=0.5*T*(Vxt(k+1)+Vxt(k))/Rxt*sec(L(k))+nmda(k);Wenn=[-Vyt(k)/Ryt;Vxt(k)/Rxt;Vxt(k)/Rxt*tan(L(k))];%课本86页4.2-38式Winn=Wenn+[0;Wie*cos(L(k));Wie*sin(L(k))];Winb=Cnb*Winn;Wtbb=Wibb(k,:)'-Winb;dltaTita0_fang=(Wtbb(1,1)*T)^2+(Wtbb(2,1)*T)^2+(Wtbb(3,1)*T)^2; dltaTita=[0,-Wtbb(1,1)*T,-Wtbb(2,1)*T,-Wtbb(3,1)*T;Wtbb(1,1)*T,0,Wtbb(3,1)*T,-Wtbb(2,1)*T;Wtbb(2,1)*T,-Wtbb(3,1)*T,0,Wtbb(1,1)*T;Wtbb(3,1)*T,Wtbb(2,1)*T,-Wtbb(1,1)*T,0]Q=((1-dltaTita0_fang/8)*eye(4)+0.5*dltaTita)*[q0(k);q1(k);q2(k);q3(k)]; q0(k+1)=Q(1);q1(k+1)=Q(2);q2(k+1)=Q(3);q3(k+1)=Q(4);endfigurehold oni=1:n1;subplot(1,2,1),plot(i,Vxt(i))%速度误差title('叠加噪声后的东向速度误差')subplot(1,2,2),plot(i,Vyt(i))title('叠加噪声后的的北向速度误差')figurehold oni=1:n1;subplot(1,2,1),plot(i,L(i)*180/pi)%位置误差title('叠加噪声后的的纬度误差')subplot(1,2,2),plot(i,nmda(i)*180/pi)title('叠加噪声后的的经度误差')figurehold oni=1:n1;plot(i,Phai(i)*180/pi)%姿态角误差subplot(1,3,1),title('叠加噪声后的的航向角误差')figurehold oni=1:n1;plot(i,Thita(i)*180/pi)%subplot(1,3,2),title('叠加噪声后的俯仰角误差')figurehold oni=1:n1;plot(i,Gama(i)*180/pi)%subplot(1,3,3),title('叠加噪声后的横滚角误差')%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%轨迹发生器的数据处理%%%%%%%%%%%%%%%clear,clcinvout=load('E:\惯导实验数据\第四次\实验4.3\第四部分半物理仿真数据生成方法及数据格式说明\IMU数据\invout.dat');Wx_invout=invout(:,5);Wy_invout=invout(:,6);Wz_invout=invout(:,7);Wibb=[Wx_invout,Wy_invout,Wz_invout];Fx_invout=invout(:,2);Fy_invout=invout(:,3);Fz_invout=invout(:,4);Fibb=[Fx_invout,Fy_invout,Fz_invout];L_invout=invout(:,8); %纬度Jingdu_invout=invout(:,9);%经度Height_invout=invout(:,10);%高度N1=size(invout);n1=N1(1,1);q0=zeros(n1,1);q1=zeros(n1,1);q2=zeros(n1,1);q3=zeros(n1,1);Phai=zeros(n1,1);Thita=zeros(n1,1);Gama=zeros(n1,1);Phai(1)=0/180*pi;%偏航初始角Thita(1)=0*pi/180;%俯仰初始角Gama(1)=0*pi/180;%横滚初始角L=zeros(n1,1);nmda=zeros(n1,1);Vxt=zeros(n1+1,1);Vyt=zeros(n1+1,1);q0(1)=cos(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2)+sin(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2);q1(1)=cos(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2)+sin(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2);q2(1)=cos(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2)-sin(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2);q3(1)=cos(-Phai(1)/2)*sin(Thita(1)/2)*sin(Gama(1)/2)-sin(-Phai(1)/2)*cos(Thita(1)/2)*cos(Gama(1)/2);Wie=0.000072921151467;%已经是弧度制L(1)=40/180*pi;nmda(1)=116.0/180*pi;T=0.01;%采样频率为100HzVxt(1)=0;Vyt(1)=0;Re=6378245+80;%加高度80米e=1/298.3;for k=1:n1c11=q0(k)^2+q1(k)^2-q2(k)^2-q3(k)^2;c12=2*(q1(k)*q2(k)+q0(k)*q3(k));c13=2*(q1(k)*q3(k)-q0(k)*q2(k));c21=2*(q1(k)*q2(k)-q0(k)*q3(k));c22=q0(k)^2-q1(k)^2+q2(k)^2-q3(k)^2;c23=2*(q2(k)*q3(k)+q0(k)*q1(k));c31=2*(q1(k)*q3(k)+q0(k)*q2(k));c32=2*(q2(k)*q3(k)-q0(k)*q1(k));c33=q0(k)^2-q1(k)^2-q2(k)^2+q3(k)^2;Cnb=[c11,c12,c13c21,c22,c23c31,c32,c33];if abs(c22)>0.0000000000001Phai(k)=atan(-c21/c22);endif abs(c22)>0.0000000000001 & c21>0Phai(k)=pi/2;endif abs(c22)>0.0000000000001 & c21<0Phai(k)=-pi/2;endif abs(c22)>0.0000000000001 & c22>0Phai(k)=atan(-c21/c22);endif abs(c22)>0.0000000000001 & c22>0 & c21>0Phai(k)=atan(c21/c22)+pi;endif abs(c22)>0.0000000000001 & c22>0 & c21<0Phai(k)=atan(-c21/c22)-pi;endThita(k)=asin(c23);Gama(k)=-atan(c13/c33);Cbn=inv(Cnb);Aibn=Cbn*Fibb(k,:)';Rxt=Re/(1-e*(sin(L(k))*sin(L(k))));axt=Aibn(1,1)+2*Wie*sin(L(k))*Vyt(k)+Vyt(k)*Vxt(k)*tan(L(k))/Rxt;ayt=Aibn(2,1)-2*Wie*sin(L(k))*Vxt(k)-Vxt(k)*Vxt(k)*tan(L(k))/Rxt;Vxt(k+1)=axt*T+Vxt(k);Vyt(k+1)=ayt*T+Vyt(k);Ryt=Re/(1+2*e-3*e*(sin(L(k))*sin(L(k))));L(k+1)=0.5*T*(Vyt(k+1)+Vyt(k))/Ryt+L(k);nmda(k+1)=0.5*T*(Vxt(k+1)+Vxt(k))/Rxt*sec(L(k))+nmda(k);Wenn=[-Vyt(k)/Ryt;Vxt(k)/Rxt;Vxt(k)/Rxt*tan(L(k))];%课本86页4.2-38式Winn=Wenn+[0;Wie*cos(L(k));Wie*sin(L(k))];Winb=Cnb*Winn;Wtbb=Wibb(k,:)'-Winb;dltaTita0_fang=(Wtbb(1,1)*T)^2+(Wtbb(2,1)*T)^2+(Wtbb(3,1)*T)^2; dltaTita=[0,-Wtbb(1,1)*T,-Wtbb(2,1)*T,-Wtbb(3,1)*T;Wtbb(1,1)*T,0,Wtbb(3,1)*T,-Wtbb(2,1)*T;Wtbb(2,1)*T,-Wtbb(3,1)*T,0,Wtbb(1,1)*T;Wtbb(3,1)*T,Wtbb(2,1)*T,-Wtbb(1,1)*T,0]Q=((1-dltaTita0_fang/8)*eye(4)+0.5*dltaTita)*[q0(k);q1(k);q2(k);q3(k)];q0(k+1)=Q(1);q1(k+1)=Q(2);q2(k+1)=Q(3);q3(k+1)=Q(4);endfigurehold oni=1:n1;subplot(1,2,1),plot(i,Vxt(i))%速度误差title('轨迹发生器的东向速度误差')subplot(1,2,2),plot(i,Vyt(i))title('轨迹发生器的北向速度误差')figurehold oni=1:n1;subplot(1,2,1),plot(i,L(i)*180/pi)%位置误差title('轨迹发生器的纬度误差')subplot(1,2,2),plot(i,nmda(i)*180/pi)title('轨迹发生器的经度误差')figurehold oni=1:n1;plot(i,Phai(i)*180/pi)%姿态角误差subplot(1,3,1), title('轨迹发生器的航向角误差')figurehold oni=1:n1;plot(i,Thita(i)*180/pi)%subplot(1,3,2),title('轨迹发生器的俯仰角误差')figurehold oni=1:n1;plot(i,Gama(i)*180/pi)%subplot(1,3,3),title('轨迹发生器的横滚角误差')。