捷联惯性导航算法及其实现

论文摘要

捷联惯性导航技术是伴随着计算机发展的一项先进技术。传统的捷联惯性导航系统由于受限于计算机的处理速度,采用传统的捷联算法,未对载体的运动误差进行补偿所得到捷联惯性导航系统精度是有限的,尤其是在高频运动下。本文通过设计合理的算法,对运载体的角振动和线振动所引起的姿态、速度的计算误差进行了补偿,提高了捷联解算的精度。并且为改善系统的实时性和可移植性,整个系统在嵌入式实时系统μC / OS-II的调度下实现。最后在前面研究的基础上,进行了仿真和实验,结果表明,该系统与没有补偿的系统相比,精度有了明显的提高。论文主要工作如下:文章首先研究了基于四元数和基于旋转矢量的姿态更新算法。重点研究基于旋转矢量姿态算法中圆锥项补偿的问题,最后对各算法进行了计算机仿真,仿真结果表明:旋转矢量算法能有效提高姿态算法的精度。接着研究了速度更新算法中的比力转换算法,分析其中的速度旋转补偿和划船项补偿,详细推导了划船补偿算法并在划船条件下推导了划船补偿优化算法,最后对各阶算法进行仿真分析,仿真结果表明:对处在高动态环境下的高精度导航系统,划船补偿不可忽略。然后详细分析了嵌入式系统μC / OS-II的内核,并完成了其到DSP VC33的移植,并编写了内核性能测试程序。最后完成了捷联算法在嵌入式实时操作系统μC / OS-II调度下的实现。对捷联算法进行任务划分、任务优先级排序和任务间通信机制的确定,开发了捷联软件,并进行了捷联软件的性能测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及应用前景
• 1.2.1 惯性导航技术的发展现状
• 1.2.2 捷联算法的发展概况
• 1.3 μC / OS - II 操作系统简介
• 1.4 本课题的研究方向和内容
• 第2章 捷联惯性导航原理与仿真
• 2.1 捷联惯导原理
• 2.2 捷联惯性导航中的常用坐标系
• 2.3 捷联惯导系统的力学编排
• 2.4 捷联惯导的仿真平台的建立
• 2.4.1 轨迹模拟器的功能
• 2.4.2 轨迹模拟器的原理及算法编制
• 2.4.3 惯性器件仿真器
• 2.5 本章小结
• 第3章 捷联姿态更新算法研究
• 3.1 四元数微分方程的龙格-库塔解法
• 3.2 基于旋转矢量姿态更新算法
• 3.2.1 旋转矢量与四元数的关系
• 3.2.2 等效旋转矢量微分方程解法
• 3.2.3 等效旋转矢量的二回路解法
• 3.2.4 等效旋转矢量解的圆锥优化
• 3.2.5 姿态算法仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 捷联惯导的速度算法
• 4.1 速度更新算法简介
• 4.2 划船补偿算法
• 4.3 典型的划船运动环境下的算法优化
• 4.4 速度算法仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 捷联算法的软件设计
• 5.1 μC / OS - II 操作系统到DSP上的移植
• 5.2 基于μC / OS - II 软件建模与设计
• 5.2.1 课题涉及的内核函数分析
• 5.2.2 基于μC / OS - II 的导航软件系统设计
• 5.3 捷联计算模块设计
• 5.3.1 捷联计算软件的构建
• 5.3.2 捷联软件算法测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢