卡尔曼滤波与组合导航课程报告

卡尔曼滤波与组合导航》课程实验报告

实验 捷联惯导 /GPS 组合导航系统静态导航实验

实验序号 3 姓名 陈星宇

系院专业

17

班级

ZY11172

学号

ZY1117212

日期

2012-5-15

指导教师

宫晓琳

成绩

、实验目的

① 掌握捷联惯导 /GPS 组合导航系统的构成和基本工作原理； ②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导 /GPS 组合的基本原理； ③掌握捷联惯导 /GPS 组合导航系统静态性能；

④了解捷联惯导 /GPS 组合导航静态时的系统状态可观测性；

、实验原理

（ 1）系统方程 X FX GW

系统噪声矢量由陀螺仪和加速度计的随机误差组成，表达式为：

2）量测方程

和 H 分别为捷联解算与 GPS 的东向速度、北向速度、天向速度、纬度、经度和高度之 差；量测矩阵 H H V H P T

，H P 03 6 diag R M H, （R N H ）cos L, 036 ，

H V 033 diag 1, 1, 1 039

，v v V E

v V

N

v V U v L v v H 为量测噪声。 量测噪声

v E v N

T

v

U

L h

x y z x y z

其中， E 、 N 、 U 为数学平台失准角；

v E 、 v N 、 v U 分别为载体的东向、北向和天向速度误差；

L 、 、 h 分别为纬度误差、经度误差和高度误差；

x 、 y 、 z 、 x 、 y 、 z 分别为陀螺随

机常值漂移和加速度计随机常值零偏。（下

标 系统的噪声转移矩阵 G 为：

E 、N 、 U 分别代表东、北、天）

C b

n

3 3 0

9 3

3 3 C n C b

9 3

15 6

系统的状态转移矩阵 w w w w

F 组成内容为：

w

z

F

06N

9

F S

F

M

，其中 F N 中非零元素为可由惯导误差模型获得。 F S

C b

n

3 3 0

3 3

3 3

C b

n

3 3

96

量测变量 z V E V N V U L H ，

， V E 、 V N 、 V U 、 L 、

X

U

方

差阵R 根据GPS的位置、速度噪声水平选取。

(3)卡尔曼滤波方程

状态一步预测：X?k/k 1 k,k 1X?k 1

状态估计：X?k X?k/k 1 K k(Z k H k X?k/k 1)

滤波增益：K k P k/k 1H k T(H k P k/k 1H k T R k) 1 2 一步预测均方误差：P k/k 1 k,k

三、实验内容及步骤

1、实验内容

① 捷联惯导/GPS 组合导航系统静态导航实验；

2、实验步骤

2实验准备(由实验教师操作)

① 将IMU 安装在大理石实验台上，确认IMU 的安装基准面靠在大理石实验平台上的方位基准尺上；

②将IMU 与导航计算机、导航计算机与稳压电源、导航计算机与监控计算机、GPS 接收机与导航计算机、GPS天线与GPS接收机、GPS 接收机与GPS 电池之间的连接线正确连接；

③打开GPS 信号转发器；

④打开监控计算机中的监控软件；

⑤打开稳压电源开关，确认稳压电源输出为28V ；

⑥打开捷联惯导/GPS 组合实验系统电源，实验系统开始启动，注意30s 内严禁动

IMU；

⑦打开GPS接收机电源，确认通过信号转发器可以接收到 4 颗以上卫星；

⑧将监控软件设置为“准备”状态，准备时间 5 分钟；

⑨准备过程中由实验教师介绍捷联惯导/GPS 组合实验系统的组成、工作原理；

1P k 1 k T,k 1 Q k 1 估计均方误差：P k (I K k H k)P k/k 1

2) 捷联惯导 /GPS 组合导航系统静态导航实验

① 实验系统准备 5 分钟之后， 通过监控软件， 将实验系统设置为 “组合导航” 状态；

② 记录 IMU 的原始输出，即角增量和比力信息；

③ 记录数据过程中，由实验教师介绍采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导 /GPS 组合导 航的基本原理；

④ 记录 IMU 数据 5 分钟后，停止记录数据，利用监控计算机中的捷联惯

导

/GPS 组 合导航软件进行静态导航解算，并显示静态导航结果； 四、实验结果

与分析 1、SINS/GPS 组合导航后得纬度曲线和 GPS 导航纬度曲线对比如下图

）度

（度34.95 34.9

34.85

34.8 34.75 34.7 34.65 34.6 34.55 34.5

34.45 0 1 2 3 4 5 6 7 8

4 x 10

2、SINS/GPS 组合导航后得经度曲线和 GPS 导航经度曲线对

比如下图

GPS 纬 度 组合导航

后纬度 )

度 (

度 经

110.1 110 109.9 109.8 109.7

109.6 109.5 109.4 109.3 109.2 109.1

GPS 经 度 组合导航

后经度

4

x 10