4.5 实验验证 39

4.5.1 硬件平台搭建 39

4.5.2 实验结果 40

4.6 本章小结 44

结 论 45

致 谢 46

参 考 文 献 47

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1 引言

1.1 课题研究背景和意义

导航就是将某一载体，从指定航线的起始点运动到目的点的技术，是一门涉及多学科的 技术[1]。惯性导航系统[2](Inertial Navigation System，INS)是一种自主式导航系统，其基本理论 基于牛顿经典力学定律——惯性定律[3]。它是通过利用初始定位、惯性元器件以及基准方向， 得出载体的方位、速度和姿态。该技术由于不需要依赖于外界条件且不被外界环境影响，在 航天、航空、航海和大地测量领域广泛涉及。但是惯性导航的导航误差会随时间累积，这严 重影响导航精度，所以中低精度的惯性导航系统不能够独立完成导航定位任务[4]。从上世纪 70 年代开始, 美国着手研制全球定位系统（Global Positioning System ，GPS），整个系统最 少有 4 颗卫星工作，最多可达 11 颗。GPS 导航系统解算载体的方位和速度是通过接收到的导 航卫星信号进行的，长期稳定性较好，其误差是有一定界限。但也存在着许多不足：（1） GPS 系统是由美国国防部直接控制，使用权相对受限制；（2）GPS C/A 码信号内加入了 SA 误差，且 C/A 码接收机动态跟踪能力一般较弱,在遮挡的情况下不能使用（如室内、水下、 地下等）[5]。地磁导航正在大力发展，它是利用地球磁场全天时、全天候、全地域的特性来 进行导航的。但是相对其他导航技术，地磁导航技术发展较晚，地磁场描述精度、探测性能 以及导航算法这三个重要因素制约着地磁导航技术的发展。从上述简单介绍中可知，惯性导 航长期稳定性差，但是短期稳定性好，GPS 导航与其相反。单独使用某种导航系统一般很难 满足性能要求，将其中几种非相似的技术相互取长补短组合成性能更加可靠的系统[6]——组 合导航系统[7，8]。组合导航能够将各子系统优势互补，协合超越单系统性能，增加整体的可靠 性[5]，导航技术因此变得前景广阔，会进一步发展[9]。研究组合导航，主要研究其算法，采用 合理的算法，能够减小传感误差，保证导航的精度。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外微小型组合导航技术发展现状和水平

1.2.2 国内外卡尔曼滤波理论及算法的发展现状和水平

1.3 本文主要研究内容

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组合导航是导航领域的一个重要分支，具有显著的技术优点。因此，对组合导航进行研 究也显得顺理成章。论文首先对组合导航和卡尔曼滤波进行介绍，然后进行姿态解算工作， 根据设计要求建立惯性/地磁/卫星组合的误差修正模型,在 MATLAB 上进行仿真实验。然后编 写滤波修正软件和姿态解算软件，并下载到基于 SHARC 型 DSP 的微小型组合导航硬件平台 上进行验证。