纯imu定位导航.zip_matlab_matlab例程_数值算法/人工智能下载-pudn.com

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta charset="utf-8"> <meta name="generator" content="pdf2htmlEX"> <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/base/css/base.min.css"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/base/css/fancy.min.css"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/626b2b0f7ae5df2aa7fd8d5d/raw.css"> <script src="https://static.pudn.com/base/js/compatibility.min.js"></script> <script src="https://static.pudn.com/base/js/pdf2htmlEX.min.js"></script> <script> try{ pdf2htmlEX.defaultViewer = new pdf2htmlEX.Viewer({}); }catch(e){} </script> <title></title> </head> <body> <div id="sidebar" style="display: none"> <div id="outline"> </div> </div> <div id="pf1" class="pf w0 h0" data-page-no="1"><div class="pc pc1 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/626b2b0f7ae5df2aa7fd8d5d/bg1.jpg"><div class="t m0 x1 h2 y1 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x2 h3 y2 ff2 fs1 fc0 sc1 ls0 ws0">惯 性 导 航 基 本 原 理 </div><div class="t m0 x3 h4 y3 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">（入门、两天半） </div><div class="t m0 x4 h4 y4 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">刘 保 中 </div><div class="t m0 x1 h5 y5 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y6 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y7 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y8 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y9 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 ya ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 yb ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 yc ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 yd ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 ye ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 yf ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y10 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y11 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y12 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y13 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y14 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x1 h5 y15 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x5 h4 y16 ff2 fs0 fc0 sc1 ls0 ws0">二 零 一 二 年 十 二 月 </div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611639,0.000000,0.000000,1.611639,0.000000,0.000000]}'></div></div> </body> </html>

<div id="pf2" class="pf w0 h0" data-page-no="2"><div class="pc pc2 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/626b2b0f7ae5df2aa7fd8d5d/bg2.jpg"><div class="t m0 x6 h6 y17 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> 第 2 页 共 73 页 </div><div class="t m0 x7 h7 y18 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x8 h4 y1 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">目录 </div><div class="t m0 x6 h8 y19 ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">目录 .......................................................................................................................... 2 </div><div class="t m0 x6 h8 y1a ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">1. 导航与控制.......................................................................................................... 3 </div><div class="t m0 x9 h8 y1b ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">1.1 导航系统与控制系统.................................................................................. 3 </div><div class="t m0 x9 h8 y1c ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">1.2 自主导航与非自主导航.............................................................................. 4 </div><div class="t m0 x6 h8 y1d ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2. 惯导系统中常用的坐标系.................................................................................. 6 </div><div class="t m0 x9 h8 y1e ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2.1 惯性坐标系（简称 i 系） ......................................................................... 6 </div><div class="t m0 x9 h8 y1f ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2.2 地球坐标系（简称 e 系） .......................................................................... 7 </div><div class="t m0 x9 h8 y20 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2.3 载体坐标系（简称 b 系）.......................................................................... 8 </div><div class="t m0 x9 h8 y21 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2.4 地理坐标系（简称 t 系）........................................................................... 8 </div><div class="t m0 x9 h8 y22 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2.5 目标方位坐标系（简称 d 系） .................................................................. 9 </div><div class="t m0 x9 h8 y23 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2.6 导航坐标系............................................................................................... 10 </div><div class="t m0 x9 h8 y24 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2.7 平台坐标系（简称 P 系）........................................................................ 10 </div><div class="t m0 x6 h8 y25 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">3. 惯导系统的组成.................................................................................................11 </div><div class="t m0 x6 h8 y26 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">4. 平台的结构与组成 ............................................................................................ 12 </div><div class="t m0 x9 h8 y27 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">4.1 平台的框架结构 ....................................................................................... 12 </div><div class="t m0 x9 h8 y28 ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">4.2 加速度计组合与陀螺组合....................................................................... 13 </div><div class="t m0 x9 h8 y29 ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">4.3 姿态角传感器与力矩电机....................................................................... 15 </div><div class="t m0 x6 h8 y2a ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">5. 初始对准的基本概念 ........................................................................................ 16 </div><div class="t m0 x9 h8 y2b ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">5.1 导航前的准备 ........................................................................................... 16 </div><div class="t m0 x9 h8 y2c ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">5.2 初始对准的指标与分类............................................................................ 17 </div><div class="t m0 x6 h8 y2d ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">6. 平台的表观运动................................................................................................ 19 </div><div class="t m0 x9 h8 y2e ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">6.1 地球自转引起的表观运动........................................................................ 19 </div><div class="t m0 x9 h8 y2f ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">6.2 地理位置变化引起的表观运动 ................................................................ 21 </div><div class="t m0 x9 h8 y30 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">6.3 控制指令角速率与表观运动的补偿......................................................... 23 </div><div class="t m0 x6 h8 y31 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">7. 载体的运动加速度 ............................................................................................ 24 </div><div class="t m0 x9 h8 y32 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">7.1 载体空间运动的描述................................................................................ 24 </div><div class="t m0 x9 h8 y33 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">7.2 载体空间运动的加速度............................................................................ 25 </div><div class="t m0 x9 h8 y34 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">7.3 惯性导航的基本方程................................................................................ 32 </div><div class="t m0 x6 h8 y35 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">8. 指北方位惯导系统的力学编排方案 ................................................................. 35 </div><div class="t m0 x6 h8 y36 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9. 捷联式惯导系统的基本原理............................................................................. 39 </div><div class="t m0 x9 h8 y37 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.1 方向余弦与方向余弦矩阵........................................................................ 39 </div><div class="t m0 xa h8 y38 ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.1.1 方向余弦矩阵及其特性 ................................................................ 39 </div><div class="t m0 xa h8 y39 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.1.2 方向余弦矩阵与欧拉角的关系....................................................... 43 </div><div class="t m0 x9 h8 y3a ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.2 捷联式惯导系统的机械编排方案 ............................................................ 46 </div><div class="t m0 x9 h8 y3b ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.3 姿态矩阵的即时更新................................................................................ 50 </div><div class="t m0 xa h8 y3c ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.3.1 欧拉角法（三参数法） .................................................................. 50 </div><div class="t m0 xa h8 y3d ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.3.2 方向余弦法（九参数法） .............................................................. 53 </div><div class="t m0 xa h8 y3e ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.3.3 四元数法（四参数法） .................................................................. 56 </div><div class="t m0 xa h8 y3f ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.3.4 三种方法的对比.............................................................................. 68 </div><div class="t m0 x9 h8 y40 ff3 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">9.4 捷联惯导初始对准的基本概念 ................................................................ 70 </div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611639,0.000000,0.000000,1.611639,0.000000,0.000000]}'></div></div>

<div id="pf3" class="pf w0 h0" data-page-no="3"><div class="pc pc3 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/626b2b0f7ae5df2aa7fd8d5d/bg3.jpg"><div class="t m0 x6 h6 y17 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> 第 3 页 共 73 页 </div><div class="t m0 x7 h7 y18 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x6 h4 y1 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">1. 导航与控制 </div><div class="t m0 x6 h4 y41 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">1.1 导航系统与控制系统 </div><div class="t m0 xb h4 y3 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">“导航”一词在《辞海》中的解释为：“引导飞行器（或船舶）</div><div class="t m0 x6 h4 y4 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">沿一定航线从一点运动到另一点的技术和方法”。从工程的角度看，</div><div class="t m0 x6 h4 y42 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">这一定义显得过于笼统。在此，补充定义如下：在规定的条件下、在</div><div class="t m0 x6 h4 y43 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">规定的时间内、按照规定的精度、沿预先拟定的航线，引导航行体（飞</div><div class="t m0 x6 h4 y44 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">行器、船舶、地面车辆等）从起始点到达目的地的技术或方法。用来</div><div class="t m0 x6 h4 y45 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">完成这一引导任务的设备，称为“导航系统”。 </div><div class="t m0 xb h4 y46 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">航行体在航行的过程中，会遇到各种外部干扰，而且是无法避免</div><div class="t m0 x6 h4 y47 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">的。外部的干扰因素很多，危害性最大的是自然风。另外，导航设备</div><div class="t m0 x6 h4 y48 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">本身也存在制造误差。由于制造误差和外部干扰的存在，航行体会逐</div><div class="t m0 x6 h4 y49 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">渐偏离预期的航线。偏离航线后，导航系统应实时地测量出航行体当</div><div class="t m0 x6 h4 y4a ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">前的实际位置，并计算出当前位置相对预期位置的偏差。而后，再将</div><div class="t m0 x6 h4 y4b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">偏差信息发送给控制系统，借助“控制力”使航行体返回到预期的航</div><div class="t m0 x6 h4 y4c ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">线上来。由此可知，导航系统必须具备“测量”和“定位”的功能，</div><div class="t m0 x6 h4 y4d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">才能最终完成“引导”使命。测量和定位是手段，引导是目的。 </div><div class="t m0 xb h4 y4e ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">一个完整的控制系统，一般由三部分组成：测量装置（传感器）、</div><div class="t m0 x6 h4 y4f ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">控制器（计算器）和执行机构（操纵器）。如上所述，控制系统的基</div><div class="t m0 x6 h4 y50 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">本使命，是按照导航系统告知的“位置偏差”和预先设计好的“控制</div><div class="t m0 x6 h4 y51 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">规律”，操纵航行体返回到预期的基准航线上来，将位置偏差消除。</div><div class="t m0 x6 h4 y52 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">这一过程，如图 1.1 所示。 </div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611639,0.000000,0.000000,1.611639,0.000000,0.000000]}'></div></div>

<div id="pf4" class="pf w0 h0" data-page-no="4"><div class="pc pc4 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/626b2b0f7ae5df2aa7fd8d5d/bg4.jpg"><div class="t m0 x6 h6 y17 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> 第 4 页 共 73 页 </div><div class="t m0 x7 h7 y18 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 xc h5 y53 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 xd h8 y29 ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">图 1.1 导航与控制示意图 </div><div class="t m0 xb h4 y54 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">需要指出的是，有部分导航设备（例如，惯性导航系统），只有</div><div class="t m0 x6 h4 y55 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">测量和定位的功能，没有引导功能。这样的导航设备，相当于控制系</div><div class="t m0 x6 h4 y56 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">统的传感器。为了简化“全系统”的结构，通常将导航系统的测量部</div><div class="t m0 x6 h4 y57 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">分与控制系统的测量装置合而为一，进行“一体化设计”。既包括“结</div><div class="t m0 x6 h4 y58 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">构一体化”，也包括“计算机一体化”，将二者的解算部分用一台计算</div><div class="t m0 x6 h4 y59 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">机来实现。不但压缩了空间，而且避免了双机通讯，可提高全系统的</div><div class="t m0 x6 h4 y5a ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">抗干扰能力。 </div><div class="t m0 xb h4 y5b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">如果导航系统既有测量和定位的功能，又有引导功能，再加上控</div><div class="t m0 x6 h4 y5c ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">制系统，就是一个完整的“制导系统”。 </div><div class="t m0 xb h4 y5d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">如果事先将“任务规划”（也称“目标指示”）的信息通过接口电</div><div class="t m0 x6 h4 y5e ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">路发送到惯导系统的导航计算机中去，可以实现“程序导引”（固定</div><div class="t m0 x6 h4 y5f ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">航线），但活动目标除外。 </div><div class="t m0 x6 h4 y60 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">1.2 自主导航与非自主导航 </div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611639,0.000000,0.000000,1.611639,0.000000,0.000000]}'></div></div>

<div id="pf5" class="pf w0 h0" data-page-no="5"><div class="pc pc5 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/626b2b0f7ae5df2aa7fd8d5d/bg5.jpg"><div class="t m0 x6 h6 y17 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> 第 5 页 共 73 页 </div><div class="t m0 x7 h7 y18 ff3 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 xb h4 y1 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">安装在航行体（或载体）上的导航系统，如果仅仅依靠载体上的</div><div class="t m0 x6 h4 y41 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">设备即可完成导航任务，则称为“自主式”导航系统。例如，惯性导</div><div class="t m0 x6 h4 y3 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">航系统，以下简称为“惯导系统”、或者“惯导”。另外，还有一类导</div><div class="t m0 x6 h4 y4 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">航系统，不但要依赖载体上的设备，而且还需利用来自载体外部的参</div><div class="t m0 x6 h4 y42 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">考信息才能够完成导航任务，则称为“非自主式”导航系统。例如，</div><div class="t m0 x6 h4 y43 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">无线电导航系统和卫星导航系统。这里所说的“外部参考信息”，是</div><div class="t m0 x6 h4 y44 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">特指由人工提供的信息，而不是天然信息。如果是天然信息，则仍为</div><div class="t m0 x6 h4 y45 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">自主式导航。例如，天文导航（或星光导航）。惯性导航系统是公认</div><div class="t m0 x6 h4 y46 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">的、完全自主的导航系统，但实际上也有赖于地球重力和地球自转角</div><div class="t m0 x6 h4 y47 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">速率两个天然信息。 </div><div class="t m0 xb h4 y48 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">所谓载体，就是导航系统的装载对象，可以是空间飞行器、导弹、</div><div class="t m0 x6 h4 y49 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">飞机、潜艇、水面舰船、陆用战车、民用车辆等。 </div><div class="t m0 xb h4 y4a ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">惯性导航系统以牛顿力学为基础，唯一需要的信息是载体的运动</div><div class="t m0 x6 h4 y4b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">加速度，不依赖任何外部参考信息就能提供导航参数，是名符其实的</div><div class="t m0 x6 h4 y4c ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">自主式导航系统。惯导系统也不向外部辐射任何能量，具有很好的隐</div><div class="t m0 x6 h4 y4d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">蔽性，而且很少受天气和人为等干扰因素的影响。因此，在航空、航</div><div class="t m0 x6 h4 y4e ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">天、航海、地面车辆和大地测量等技术领域中得到了广泛的应用。 </div><div class="t m0 xb h4 y4f ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">惯性导航系统是一种“航位推算”系统，利用前一时刻已知的信</div><div class="t m0 x6 h4 y50 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">息和当前时刻的测量信息，推算当前时刻的导航参数（位置、速度和</div><div class="t m0 x6 h4 y51 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">姿态信息）。这一过程，将连续、往复地进行下去。由于外部干扰和</div><div class="t m0 x6 h4 y52 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">制造误差的存在，每一步的推算都是有误差的，随着时间的推移惯导</div><div class="t m0 x6 h4 y16 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">系统的误差是累积的。所以，惯导系统只能维持短时间的高精度，长</div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611639,0.000000,0.000000,1.611639,0.000000,0.000000]}'></div></div>