基于虚拟仪器技术的捷联惯性导航系统仿真研究

论文摘要

捷联式惯性导航系统是将惯性敏感元件(陀螺仪、加速度计)直接沿载体坐标系安装,由计算机及其软件替代平台式惯导系统中的物理平台,通过计算可以得到包括载体角速率在内的全部导航信息。它与平台式惯性导航系统相比,具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的特点,是惯性导航系统的发展方向之一。虚拟仪器技术是把普通仪器的功能利用硬件和软件技术在通用计算机中得到实现,具有使用灵活、界面友好、功能完善的特点,并且可以根据用户的需求自行定制“仪器”的各种功能。一般的捷联式惯性导航系统研制周期较长、难度较大且维护不方便。本文研究了一种基于虚拟仪器技术的捷联惯导测试和仿真系统的设计方法,可以提高捷联惯性系统研究和开发的效率。论文阐述了捷联式惯性导航系统的基本原理与工作过程,解决了在虚拟仪器集成开发环境中使用通用数据采集卡采集惯性器件输出信号的关键技术问题,通过调用动态链接库文件编写了驱动和数据采集软件。论文还讨论了惯性器件的数学模型及模型参数的标定方法,利用实测得到的数据建立了陀螺仪和加速度计输入输出的数学模型。编写了基于LabVIEW图形化编程语言的捷联惯导系统初始对准、姿态矩阵更新、速率求取、位置计算、误差分析的仿真软件,并对捷联系统的主要工作状态进行了仿真。仿真结果表明,应用软件能够正确运行,取得了满意的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 惯性导航
• 1.2 捷联惯性导航系统及其发展状况
• 1.3 虚拟仪器
• 1.3.1 虚拟仪器的概念
• 1.3.2 虚拟仪器的特点及发展趋势
• 1.3.3 虚拟仪器的构成
• 1.4 LabVIEW开发环境
• 1.5 论文主要研究的内容
• 第2章 捷联式惯性导航系统
• 2.1 常用坐标系
• 2.2 捷联惯导基本原理
• 2.3 四元数算法及捷联系统的计算模型
• 2.3.1 四元数算法
• 2.3.2 捷联式导航系统的计算模型
• 2.4 初始对准
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 解析式粗对准
• 2.4.3 卡尔曼滤波技术
• 2.4.4 采用卡尔曼滤波技术的精对准
• 2.5 捷联式导航系统的误差模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 数据采集卡与LabVIEW接口技术
• 3.1 使用虚拟仪器技术的测量系统
• 3.1.1 虚拟仪器测量系统的构成
• 3.1.2 使用虚拟仪器技术的模拟信号采集
• 3.2 PCI-9112数据采集卡
• 3.2.1 性能指标
• 3.2.2 A/D转换
• 3.3 LabVIEW下的数据采集程序设计
• 3.3.1 C/C++库
• 3.3.2 动态链接库文件
• 3.3.3 数据采集程序
• 3.4 数据采集实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于LabVIEW的模型参数估计程序设计
• 4.1 惯性器件的数学模型
• 4.1.1 陀螺的数学模型及参数标定方法
• 4.1.2 加速度计的数学模型及参数标定方法
• 4.2 数据采集与存储程序设计
• 4.3 模型参数估计程序设计
• 4.3.1 陀螺的模型参数估计
• 4.3.2 加速度计的模型参数计算
• 4.4 惯性器件数据模块的建立
• 4.4.1 陀螺数据模块
• 4.4.2 加速度计数据模块
• 4.5 本章小结
• 第5章 捷联惯性系统的仿真
• 5.1 导航解算的仿真
• 5.1.1 迭代周期的划分
• 5.1.2 初始条件与初始数据
• 5.1.3 捷联计算主程序设计
• 5.1.4 捷联导航解算的静基座仿真
• 5.2 静基座初始对准仿真
• 5.2.1 粗对准静态仿真
• 5.2.2 卡尔曼滤波精对准的数学仿真
• 5.3 捷联导航系统误差的数学仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢