北航惯性导航综合实验五实验报告.doc

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
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。
实验结果及分析
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,运动轨迹近似为平面,此时的位置误差分析可简化为:
加速度计零偏引起的位置误差:m
失准角引起的误差:m
陀螺漂移引起的误差:m
可得1min后的位置误差值
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:
(2)纯惯导解算1min的速度及速度误差图:
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-,北向速度最大误差-。
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:
2、5minIMU数据的Kalman滤波精对准结果:
3、一小时IMU/GPS数据的组合导航结果图及估计方差P阵图:
4、一小时IMU数据的捷联惯导解算结果与组合滤波、GPS输出对比图:
5、结果分析:
由滤波结果图可以看出:
由组合后的速度、位置的P阵可以看出滤波之后载体的速度和位置比GPS输出的精度高。
短时间内SINS的精度较高,初始阶段的导航结果基本和GPS、组合导航结果重合,1小时后的捷联惯导解算结果很差,纬度、经度、高度均发散。
INS/GPS组合滤波的结果和GPS的输出结果十分近似,因为1小时的导航GPS的精度比SINS导航的精度高很多,Kalman滤波器中GPS信号的权重更大。
总体看来,SINS/GPS组合滤波的结果优于单独用SINS或GPS导航的结果,起到了协调、超越、冗余的作用,使导航系统更可靠。
SINS/GPS组合导航程序
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%INS/GPS组合导航跑车1h实验%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%该程序为15维状态量,6维观测量的kalman滤波程序,惯性/卫星组合松耦合的数学模型
clear
clc
close all
%%初始量定义
wie = ;
Re = ;
g = ;
e = / ;
T = ; %IMU频率100hz,此程序中GPS频率100hz
datanumber = 360000; %数据时间3600s
a = load('');
w = a(:,3:5)'*pi/180/3600; %陀螺仪输出的角速率信息单位由°/h化为rad/s
f = a(:,6:8)'; %三轴比力输出,单位g
a =