严恭敏讲义：捷联惯导与组合导航原理（20180206）

### 捷联惯导算法与组合导航原理讲义知识点 #### 捷联惯性导航系统（SINS） 捷联惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、自主的导航技术，它通过测量载体相对于惯性空间的加速度和角速度来计算导航参数。捷联惯性导航系统主要由三部分构成：惯性测量单元（IMU）、计算机和导航解算程序。 1. **惯性测量单元（IMU）**：包含三轴加速度计和三轴陀螺仪，用于测量载体在三维空间内的线加速度和角速度。 2. **计算机**：负责接收IMU的测量数据，并处理这些数据，得到位置、速度和姿态角等导航参数。 3. **导航解算程序**：通过积分加速度计数据计算速度和位置，通过积分陀螺仪数据计算姿态角，进而得到载体的运动信息。 #### 捷联惯性导航的算法 1. **姿态更新算法**：通常采用方向余弦矩阵或四元数表示的姿态更新算法来计算载体的姿态变化。 2. **速度与位置解算**：使用积分器将加速度数据转化为速度数据，再将速度数据积分得到位置信息。这类算法中需要解决的主要问题包括误差累积和初始对准问题。 3. **误差模型与补偿**：由于实际应用中惯性导航系统存在各种误差源，如加速度计和陀螺仪的偏差、刻度因子误差、温度漂移等，因此需要建立误差模型，并在算法中进行补偿。 #### 组合导航系统 组合导航系统结合了捷联惯性导航系统和其他辅助导航系统（如GPS），通过数据融合技术来提高导航精度和可靠性。 1. **数据融合技术**：有多种数据融合技术可以用于组合导航，包括卡尔曼滤波器、粒子滤波器等。这些技术能够综合不同导航系统的数据，减少单一系统误差的影响。 2. **信息融合策略**：包括集中式融合、分散式融合和混合式融合，不同的信息融合策略适用于不同的应用场景。 3. **GPS与惯导的组合**：利用GPS提供的准确位置和速度信息对惯性导航系统进行修正，可以在长航时中显著降低误差累积。 #### 讲义中涉及的内容 根据给出的文件信息，这份讲义是严恭敏老师在2018年2月6日的版本。严老师作为讲义的作者，可能涵盖了以下内容： 1. **捷联惯导系统的基本原理**：介绍了捷联惯导系统的工作机制，包括IMU的工作方式、导航解算过程和姿态更新算法。 2. **导航误差分析**：讲解了造成导航误差的原因，以及如何通过算法对这些误差进行建模和补偿。 3. **组合导航系统的原理和设计**：结合惯性导航系统与其他导航技术（如GPS）的组合使用，讲解了组合导航系统设计的基本思路和方法。 4. **数据融合算法**：深入探讨了在组合导航系统中运用数据融合技术的原理和实现，例如卡尔曼滤波器的使用和改进。 5. **系统实现与案例分析**：结合实际的工程项目，对捷联惯导系统和组合导航系统的设计与实现进行案例分析。 #### 学习捷联惯导算法与组合导航的意义 1. **国防与航天领域**：在飞机、舰船、导弹和空间飞行器等军事和航天领域，精确的导航系统是必不可少的。 2. **民用领域**：在民航飞机、汽车导航、机器人定位等民用领域，捷联惯导算法与组合导航系统同样具有广泛的应用前景。 3. **学术研究价值**：对于从事相关领域研究的学者和工程师来说，捷联惯导算法与组合导航原理是重要的理论基础和技术工具。 #### 学术资源获取 从描述中可以看到，文件的获取方式是通过积分下载，或通过访问提供的网站链接进行学习。这类学术资源的分享方式，体现了学术知识的开放性和无界性，使得更多的人可以接触到前沿的学术成果，从而推动科学知识的普及和技术的进步。