本文主要内容作如下安排：论文网

第一章 引言。首先介绍课题背景及意义，然后阐述组合导航和卡尔曼滤波在国内外发展 状况，最后给出本文的章节安排和研究内容。

第二章 组合导航姿态解算。对组合导航姿态参考系统进行了深入的研究，重点阐述了四 元数法，将其确定为姿态更新算法，对航向姿态参考系统的误差进行了简单分析，推导了航 向、姿态角的误差微分方程。最后，对组合导航系统算法流程做了分析。

第三章 组合导航滤波器设计。阐述了卡尔曼滤波的原理，推导了递推公式，建立了惯性

/地磁/卫星组合的误差修正模型，设计松耦合的卡尔曼滤波器，进行了离散型滤波解算及补偿 算法。为分析组合导航的优点，对纯惯导与组合导航用 MATLAB 软件仿真，观察两者各参数 误差变化。

第四章 软件设计和实验验证。了解 SHARC 型 DSP 芯片特点和软件开发环境，给出了 应用于该芯片的微小型组合导航算法的软件，搭建硬件平台，完成实验测试工作。

最后是全文工作的总结。

2 组合导航姿态解算

2.1 组合导航姿态参考系统

2.1.1 组合导航姿态参考系统概述

本课题中是一种捷联式的航向姿态参考系统，组合导航姿态参考系统的基本原理是将惯 性测量元件（三轴陀螺和三轴加速度计）直接固联在运动载体上。陀螺仪和加速度计分别用 于测量运动物体的角运动和加速度，并将测得数据输出到数学平台通过计算机进行解算，得 出载体姿态角。

因为导航的计算过程必须以导航坐标系为参考，所以最终要将陀螺仪和加速度计测得的 角速度和加速度投影到导航坐标系中再进行计算。姿态变换矩阵可以实现载体坐标系到导航 坐标系的转换过程。姿态变换矩阵是一个随时间的变化而变化的变量，所以组合导航姿态系 统的核心内容就是姿态矩阵的计算。

2.1.2 常用坐标系和姿态角的定义

（1）坐标系的定义

1）惯性坐标系（i 系）。地球中心为坐标原点 O，坐标轴相对于恒星无转动， xi 轴指向

春分点， z 轴沿地球自转轴， y 轴与 x 轴和 z 轴构成右手坐标系。

i i i i

2）地球坐标系（e 系）。地球中心为坐标原点，坐标轴与地球固连， xe 轴指向赤道与本

初子午线的交点， y  轴指向赤道与东经 90°子午线的交点， z  轴指向地球北极点。

e e

3）地理坐标系（g 系）。运载体质心为坐标原点，坐标轴 x  ， y  ， z  分别指向载体所

g g g

在位置的东（East）、北（North）、天（Up）。

4）导航坐标系（n 系）。是一种当地地理坐标系，常常用于导航解算的参考坐标。导航 系统所处的位置 P 点为坐标原点，坐标轴指向东、北和当地垂线方向（向上）。导航坐标系

（n 系）相对于地球固连坐标系（e 系）的旋转角速率一般称为转移速率，其大小取决于 P 点 相对于地球的运动。

5）理想平台坐标系（T 系）。导航坐标系的无误差复现。文献综述

6）实际平台坐标系（P 系）。由平台上的惯性仪器敏感轴确定。该坐标系相对 T 系存在 一定的平台失准角，是导航坐标系的具体复现。