捷聯慣導算法設計和仿真

摘要

    捷聯式慣性導航系統的特點是慣性器件直接固連在運載體上,慣性器件直接感應載體的線運動和角運動信息,工作環境惡劣。捷聯慣性系統通過在計算機中實時計算出姿態矩陣,建立起數學平臺,所以姿態更新計算和導航計算是捷聯慣導系統的算法核心,也是影響其精度的主要因素,特別對處于高動態環境的導彈等載體來說,姿態更新算法是決定捷聯慣導系統能否正常工作的決定因素。

本文首先論述了捷聯式慣性導航系統的工作原理及相關知識,捷聯慣導系統姿態更新算法對系統精度的影響;其次研究了傳統的姿態更新算法中四元數法,該算法簡單,計算量小,因而在工程中經常被采用,但是在四元數法中不可避免的引入了不可交換性誤差,特別是在載體處于高動態環境時,這種誤差就會很大,必須采取有效措施加以克服。本文采用等效旋轉矢量的方法,利用等效旋轉矢量的微分方程代替四元數微分方程來對角速度矢量積分進行修正,并且在MATLAB中對捷聯慣導算法進行了仿真,仿真結果表明了算法的可行性。最后，得到的結果也在本論文中得到體現。

關鍵詞：捷聯慣導;姿態更新算法  四元數  旋轉矢量  MATLAB

                     

Abstract

...

Keywords: SINS; Attitude updated algorithm; Quaternion; Rotation Vector; MATLAB.

目錄

摘 要III

AbstractIV

第一章 緒 論6

第一節 慣性導航系統簡介6

第二節 國內外發展概況6

第三節 本文研究的主要內容和意義8

第二章 捷聯慣導系統所處環境的描述10

第一節 地球形狀的描述10

第二節 垂線和緯度10

第三節 地球參考橢球的曲率半徑11

第四節 常用坐標系及其變換11

第三章 捷聯慣導系統原理及方程16

第一節 捷聯式慣導系統的基本原理及框圖16

第二節 捷聯式慣性導航系統17

第三節 姿態矩陣的描述方法21

第四節 初始對準22

第四章 捷聯慣導數學算法的分析和仿真24

第一節 四元數法24

第二節 等效旋轉矢量26

第三節 捷聯慣導簡化算法29

第四節 捷聯慣導系統仿真30

致 謝36

參考文獻37

附 錄39