基于MEMS-IMU的捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)技術(shù)與實現(xiàn)研究.pdf

1、慣性導航技術(shù)在軍事領(lǐng)域及國民經(jīng)濟中有著廣泛的應用。近年來，隨著微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技術(shù)地不斷進步，MEMS慣性器件的精度和穩(wěn)定性逐步提高，基于MEMS-IMU的捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)以其成本低、體積小、功耗低的特點成為研究的熱點領(lǐng)域。然而，由于MEMS慣性器件的精度較低，由其構(gòu)成的慣導系統(tǒng)無法長時間單獨完成導航定位任務，而引入GPS信號對系統(tǒng)進行誤差修正，可以很好的解決這個問

2、題，同時，慣導系統(tǒng)的短時獨立導航功能又能彌補GPS信號容易丟失的缺陷。
　　 本文圍繞著捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的基本原理及應用展開研究，利用磁強計和GPS輔助MEMS捷聯(lián)慣導系統(tǒng)提供系統(tǒng)定姿和導航性能。主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.研究了捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的基本工作原理和解算流程，對比分析了捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中三種傳統(tǒng)的姿態(tài)更新算法，針對工程應用和MEMS陀螺儀的特性，選擇了四元數(shù)法作為姿態(tài)角更新算法。對靜止條件下的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)算法進行了理論

3、仿真和誤差分析，針對MEMS慣性測量元件誤差較大的情況進行了仿真，結(jié)果證明MEMS慣性器件無法直接使用傳統(tǒng)捷聯(lián)慣導算法進行導航解算。
　　 2.針對MEMS陀螺儀精度較低的特點，設計了由三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計和三軸磁強計構(gòu)成的組合定姿方案。通過對磁強計和加速度計的觀測值進行幾何求解獲得姿態(tài)角，并通過卡爾曼濾波對陀螺儀求出的姿態(tài)角進行最優(yōu)估計。利用Xsens公司的MTi微慣性測量組合系統(tǒng)對原始數(shù)據(jù)進行采集和處理，