捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)算法及其并行化實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)是導(dǎo)航系統(tǒng)正常工作的前提條件，只有在獲得了高精度初始姿態(tài)角的基礎(chǔ)之上，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)才能進(jìn)行準(zhǔn)確的姿態(tài)解算、速度解算和位置解算。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)通常分為粗對(duì)準(zhǔn)和精對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)階段，對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)主要指標(biāo)是:對(duì)準(zhǔn)計(jì)算時(shí)間和對(duì)準(zhǔn)計(jì)算精度。然而在動(dòng)基座條件下，現(xiàn)有的初始對(duì)準(zhǔn)方法都難以快速精確的完成粗對(duì)準(zhǔn)過(guò)程和精對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。因此，為了能夠提高計(jì)算精度并且減少初始對(duì)準(zhǔn)的計(jì)算時(shí)間，本文將對(duì)動(dòng)基座條件下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)作深入的研究

2、。
　　在粗對(duì)準(zhǔn)方面，本文提出了一種計(jì)算初始姿態(tài)矩陣的新方法。該方法將姿態(tài)矩陣的計(jì)算分解成三個(gè)不同的變換矩陣分別進(jìn)行求解，通過(guò)將GPS速度、位置、以及IMU測(cè)量值在不同的坐標(biāo)系中以積分的方式積累起來(lái)，可以得出坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)粗對(duì)準(zhǔn)。在精對(duì)準(zhǔn)方面，本文建立了與粗對(duì)準(zhǔn)結(jié)果相對(duì)應(yīng)的精對(duì)準(zhǔn)誤差模型，并采用卡爾曼濾波算法來(lái)估計(jì)姿態(tài)失準(zhǔn)角。為了提高初始對(duì)準(zhǔn)的計(jì)算精度和更新頻率，本文還重點(diǎn)研究了對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)算法的并行化實(shí)現(xiàn)，分別設(shè)計(jì)

3、了粗對(duì)準(zhǔn)過(guò)程和精對(duì)準(zhǔn)過(guò)程的并行化執(zhí)行方案。在精對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，為了能夠提高卡爾曼濾波器的計(jì)算更新頻率，還研究了采用法捷耶夫算法和一維脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波過(guò)程中的矩陣運(yùn)算。
　　為了驗(yàn)證本文提出的初始對(duì)準(zhǔn)算法和并行化實(shí)現(xiàn)方案的正確性與有效性，文中還進(jìn)行了大量的仿真試驗(yàn)，并且搭建了以FPGA、GPS接收機(jī)和IMU構(gòu)成的半實(shí)物試驗(yàn)平臺(tái)。最后的仿真結(jié)果表明，本文提出的動(dòng)基座粗對(duì)準(zhǔn)新方法可以在12s內(nèi)計(jì)算出誤差小于1°的初始姿態(tài)矩陣，同時(shí)精對(duì)