北航惯性导航综合实验五实验报告.docx
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北航惯性导航综合实验五实验报告
仪器科学与光虹程学院
SCBOOLOFlOUKENTSCIENCEIOPTO-ELECTIOIICSMEUNG
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
、实验目得
1掌握捷联惯导/GPS组合导航系统得构成与基本工作原理;
2掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合得基本原理;
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组合导航系统得性能。
2.实验内容
1复习卡尔曼滤波得基本原理(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组合导航系统得基本工作原理(参考以光衢编著得《惯性导航原理》第七章);
3.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。
4.实验内容
1)实验准备
1将IMU紧固在车载大理石减掘平台上,确认IMU得安装基准面紧靠实
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电池之间得连接线正确连接:
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得原始输出■注意5分钟内严禁移动实验车与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利用监控计算机中得导航软件进行导航解算,并显示导航结果。
5.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I分钟惯导实验数据验证。
分钟惯导位置误差理论推导:
短时段内((v5min).忽略地球自转,运动轨迹近似为平而,此时得位置误差分析可简化为:
可得1min后得位置误差值
(1)纯惯导解算imin得位置及位置误差图:
121.365
121.36
K121.355
121.35
121.345
1000
2000
3000
0,01s
4000
5000
6000
北间位移谍S
东间位移谍S
(2)纯惯导解算Imin得速度及速度误差图:
vy
80
60
I40
20
纯tS导解算GPS理论真值
100020003000400050006000
0,0ls
实验结果分析:
纯惯导解算短时间内精度很高,imin得惯导解算得北向最大位移误差・2、668m•东向最大位移误差・8、23Im,可见实验数据所得位置误差与理论推导得位置误差在同一数量级,结果不完全相同就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Imin内纯惯导解算得东向速度最大误差一0、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小时捷联惯导与
组合导航解算,对比1小时捷联惯导与组合导航结果。
1、5minIMU数据得解析粗对准结果:
2、5minIMU数据得KaIman滤波精对准结果:
220
L
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X:
2797e+04Y:
220
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0
0.5
1
1.5O・cn秒俯仰角
2
25
3
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1
一••一
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1
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O・cn秒權滚角
2
25
3
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1
I
1
、——
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r
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0
0.5
1
1.50・01秒
2
25
3
X10°
219.5
08
翅09
0.8
證0・6
0.4
xio^北何連《谍S
0・01秒XM
xw,东伺連S课S
xg北间SS谟S方S
S
23
0.5
00秒X曲
X10东间連S谟S方S
0・01秒
X10^
0.5
23
xio^北ra*准ft
xio"北ra*准角方s3
2.5
2
g砂X10-
xio^东ra*准ft
0.01抄Xw
xio^天ra*准ft
3
2.5
05秒X10'
xio°东ra*准角方s
5
•0
一一
3.2
EK3
♦.'I
■5
・・
2.8
■
012
05秒X10'
X1O°天同*«角方S
0.01抄
X10
X10
0・ 3、一小时【MU/GPS数据得组合导航结果图及估计方差P阵图: 40・2 40 39.8 3・5 X10 2.5 0.01S经S 117 116.5 116 3・5 X10 2.5 10Q 50 20 -20 20 ■20 -2 0・5 0.01S IS度 1.52 O.OIS ^5__3«合》2—■—GPS 3.5 X10 •••A• —」『5皿4Hjf•/、 0.5 as as 1.522.5 O.OIS 北向iSfi jy 1.5225 O.OIS 天向iSS •2 3.5 as X10 X10 1.52 O.OIS 25 3.5 _3运合滤波 GPS X10 300 航间ft 200 100 0.5 3 3.5 4 2.5 0.01s 陆仰角 X10^ 0.5 0.5 1.522.5 0.01s 墳滚A 1.522.5 0.01s 3.5 4 X10^ 3.5 4 X10^ P麻购《澳羞 X1C 3,5 X10 0.01S Pf9«Dft溪S X10 X10 0.01S P横滚角澳S X10 愿05 0.01S X10 X10*^ p东间遽度谡s ■ - - r 1 rr1 r r > 0.5 1 1.522・5 3 3.5 4 0.05S X10 JX10 P北网遽度谡S I V IIV I I F r 1 rr1 r r ) 0.5 1 1.522・5 3 3.5 4 0.05S X10 X*10° P天闻遽度溪S • ■ - - r 1 rr1 r r ) 0.5 1 1.522・5 3 3.5 4 0.01s X10 p纬度谟s 1 • r I r I r I r I r II F rr 00.5 -8X10 I 1.5 2 0.01s P经度谟S 2.5 3 3.5 4X10^ 1 • I I I I I I - r r r r r r r 00.5 I 1.5 2 0.01s P离度谟S 2.5 3 3.5 4 X • - • • • • • • • 4 0.2 E0.1 X104 腿2 0 腿2 0 22.533.54 °esxIO^ 4、一小时【MU数据得捷联惯导解算结果与组合滤波、GPS输出对比图: 50 IL1LL1I r r *•■ 1 —*J r •.f r ■. 1 r 0 0.5 1 t5 2 0.01s Ion 2.5 3 3.5 4 X10^ ■ ■ r r 1 r f— r — 1 ■ r ■ 0 X10* 0.5 1 t5 2 0.01sheight 2.5 3 3.5 4 X h 1 ■ ■一 r r 1 r r 1 r n nR 1 1R 9 oc a cc A lat 120 2 -2 0.01s £0 纯ts导解算 INS/GPSS合淹波 GPSffi出 腿115 110 腿40 30 5、结果分析: 由滤波结果图可以瞧出: (1) 由组合后得速度、位置得P阵可以瞧出滤波之后载体得速度与位置比GPS输出得精 度高。 (2) 短时间内SINS得精度较奇•初始阶段得导航结果基本与GPS、组合导航结果重合J 小时后得捷联惯导解算结果很差,纬度、经度、高度均发散。 (3) INS/GPS组合滤波得结果与GPS得输出结果十分近似,因为1小时得导航GPS得 精度比SINS导航得精度奇很多,Kalman滤波器中GPS信号得权重更大。 (4)总体喘来月INS/GPS组合滤波得结果优于单独用S1NS或GPS导航得结果•起到了 协调.超越、冗余得作用,使导航系统更可靠。 六.SINS/GPS组合导航程序 %%%%%%%%%%%%%眺%mi%%缸XS/GPS组合导航跑车Ih实验%%觥%%% %该程序为15维状态量,6维观测量得Raiman滤波程序,惯性/卫星组合松耦合得数学模型 C1ear clc closea11 號初始量定义 wie=0、1467; Re6=“378135、072; g=9、7803267714; e=1、0/ T=0、01: datanumbera=loadCw=a(: 3: 298、25: =360000;itnu_lh^dat'); 5)'*pi/180/3600; 8)\ %IMl;频率lOOhZ■此程序中GPS频率100hz%数据时间3600s f=a(: 6: a=10adCgps_1h_ne积dat'); gps_pos=a(: 3: 5); 信息 gps_pos(: 1: 2)=gpS_pos(: 1: 2)*pi/l80; gps_v=a(: >6: 8); 就联解算及卡尔曼相关 v=zer0s(datanumber,3); atti=zeros(datanximber^3); pos=zeros(datanumb
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