组合导航中需要对观测到的数据采用最优估计方法来处理，有许多实现的方法，诸如卡尔曼滤波(KF)、粒子滤波(PF)、贝叶斯滤波等。目前使用的最多的是卡尔曼滤波的方法。随着非线性问题研究的需求加大，许多研究人员的共同努力下，得到多种滤波算法，如EKF，UKF，自适应卡尔曼滤波等等，不同滤波方法的适用情况不同，本文采用线性化卡尔曼滤波算法。

1.5  本文的主要研究内容

本文是以国家863计划的项目为课题背景，研究GPS/SINS组合导航系统的工作原理，建立了数学模型，并以此为基础做出北斗/SINS的硬件电路板，最后利用MATLAB进行仿真，为项目后续工作的展开做准备。具体内容如下：

(1) 捷联惯导和GPS导航基本原理的介绍。

(2) GPS/捷联惯导的组合模型以及北斗/捷联惯导的组合原理图，实物芯片的选取。

(3) 组合导航滤波算法的介绍及数学模型的建立。

(4) 组合导航的仿真研究及理论分析。

2  捷联式惯性导航

2.1  基本工作原理

该系统具体的工作原理如下图所示：

在捷联惯导中，惯性元件是直接固连在载体上的，陀螺仪用于测量三轴的角速率，在经过补偿后进行积分，这样就可得到姿态矩阵。姿态矩阵可将加速度计的输出值进行变换，完成从载体到导航坐标系的转换，这个过程实现的功能与平台惯性导航中的平台作用相同，但由于不是实际存在的物理平台，因而被称为“数学平台”[8]。加速度计输出值经过补偿后经过积分，由数学理论可得到载体的速度和位置。文献综述

捷联惯导的优点：

(1) 由于机电平台不存在，因而大小和成本都大大降低。

(2) 可直接通过数字信号输出数据。

(3) 在数字信号传输的基础上，更有利于进行系统的数学建模以及各种最优估计的处理。

(4) 初始对准快。

2.2  导航中常用的坐标系

量测数据需要经过转换才能做进一步的数学分析，主要坐标系有如下几种：

(1) 地心惯性坐标系(i系)

该坐标系(ECI)与物理上所定义的相对宇宙其他部分无运动不同，它的中心为地球的质心，而它的坐标轴方向的确定则依靠自转轴和恒星。即地球重心为原点，地球的自转轴为Z轴， X轴和Y轴共存于赤道平面。

(2) 地心地固坐标系(e系) [9]

该坐标系(ECEF)与ECI定义类似，但是它的所有坐标轴与地球固连。地球可以近似看成椭球体模型，则ECEF的坐标轴原点就在该模型中心，近似为地心。它的Z轴是从原点指向地理北极点，X轴是从原点指向赤道与CZM(协议零度经线)的焦点， Y轴垂直X轴和Z轴所在平面指向东经90°。

(3) 导航坐标系(n系)

该坐标系的原点是导航对象上的导航系统、载体或者用户的质心，因此坐标轴不唯一，最常用的是东北天坐标系，即X轴指向东向，Y轴指向北向，Z轴与参考椭球体法线重合指向天。

(4) 载体坐标系(b系) 

该坐标系能表示导航对象的原点和姿态。该坐标系的原点与n系重合，X轴(滚动轴)为正常航行的方向，Y轴(俯仰轴)为航向右侧，Z轴(偏航轴)指向地面。该坐标系描述的是导航对象，因而所有捷联IMU测量的均是载体坐标系的运动。来!自~优尔论-文|网www.youerw.com

上述的几种坐标系都是导航中常用的坐标系，不同的导航系统基于不同的外部条件可以组成不同的导航方案。本文采用东北天坐标系。