北京航空航天大学自动化学院导航专业导航系统实验报告

成绩导航系统实验报告院（系）名称自动化科学与电气工程学院专业名称自动化学生学号xxx学生姓名xxx指导教师富立、王玲2015年4月PAGE\*MERGEFORMAT10实验一平台惯性导航系统实验一、实验目的1.了解平台惯性导航系统的组成；2．掌握平台惯性导航系统工作原理；3．掌握平台惯性导航系统工作流程；4．能够对平台惯性导航系统的工作进行清晰分析。二、实验内容1．剖析LTN-51平台惯性导航系统结构框架；2．正确实现系统间的物理连接；3．完成LTN-51的初始对准；4． 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 状态字的变化情况；5．记录位置和姿态输出情况；6．综合分析记录的实时数据；7．总结平台惯导系统工作过程及注意事项。8．独立完成实验报告。三、实验设备1．LIT-51平台惯性导航系统2．万用表1个；3．交流电源2个；4．电源电缆4根；四、实验系统简介LTN-51惯导系统是为满足20世纪七八十年代商用飞机导航的需要而 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的一种在当时看来体积小、重量轻，较为先进的惯性导航系统。该系统主要由四大部件组成：惯性导航系统本体、状态控制器、显示装置和电源模块，其中惯性导航系统本体内又包括四环三轴全姿态平台、液浮陀螺、加速度计、计算机板、数据转换板和散热装置等，整套系统具有准备、对准、导航、手动航姿等工作状态，能够输出当前载体的经度、纬度等位置信息，可进行航线计算、飞行的操纵控制，以及输出偏航等信息。通过状态控制器可以实现对系统状态的控制，导航结果可由显示装置上的灯管显示出来，系统整体结构如图所示。五、思考 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 （1）LTN-51中的四环三轴稳定平台具有何优点？三环三轴平台相对于四环三轴平台相对的缺点在于在飞行过程中出现“框架自锁”现象。这主要是因为这类转台为了便于测量飞机的俯仰角和横滚角，都使平台的横滚轴与飞机纵轴平行。但这种安装方式，在飞机有俯仰时，飞机将带动横滚轴与横滚环一起俯仰，使横滚轴偏离水平位置，如果飞机的俯仰达到90度，横滚轴和方位轴重合在一起，同平台的台面垂直，这时平台失去一个自由度，从而破坏了平台的稳定状态，同时破坏了横滚轴稳定回路的工作。四环三轴惯性平台在三环外再加一个外横滚环，在一般的飞行过程中，内横滚环伺服回路被锁定，方位环、俯仰环、外横滚环三个伺服回路工作在空间积分状态，当俯仰角接近90度时，将方位环伺服回路被锁定，俯仰环、内横滚环、外横滚环三个伺服回路工作在空间积分状态。从而解决了框架自锁的现象。（2）影响平台惯性导航系统的精度主要有哪些因素？惯导系统的导航精度随着导航时间的增加而增加，其中惯性测量元件是影响惯导系统的主要因素。初始对准的精度也对导航系统精度有较大的影响，影响初始对准精度的因素又包括以下几点：（1）惯性元件误差、（2）由传输延迟导致的数据延迟误差、（3）信号量化误差、（4）振动误差、（5）其它不可预见或不可量化的运动所造成的误差。（3）初始对准过程中若移动了惯导本体会产生怎样的后果？平台惯导系统初始对准的前提是静基座条件。通过调整平台的方向直至所测量的比力和地球自转角速率分量与理论期望值相等完成自在对准。对准过程中移动惯导本体将产生对准误差。六、实验感想这次实验是一个演示性的实验，实验中，老师以LTN-51惯导系统为例，带我们了解了平台惯性导航系统的基本组成、掌握平台惯性导航系统工作原理和工作流程。同时介绍了一系列其他类型的平台惯导系统。使我们对抽象的理论知识有了一个更加深刻的理解。实验二、三捷联初始对准及航姿解算实验一、实验目的(1)了解捷联初始对准的目的；(2)掌握捷联初始对准的过程；(3)掌握捷联初始对准方法。(4)掌握捷联航姿计算方法。二、实验内容(1)正确连接实验过程中的仪器设备(2)采集惯性测量组件不同初始静态和动态位置下的数据；(3)设计初始对准、航姿计算法流程图；(4)根据采集的数据对初始对准结果和航姿解算结果进行分析。三、实验设备(1)数字万用表1块；(2)直流稳压电源1台；(3)YH7000惯性测量组件1台；(4)计算机1台；(5)导线若干。四、实验系统简介YH-7000捷联航姿系统是由基于MEME技术的三轴固态加速度计和三轴光纤陀螺组成的。系统内部采用了数字信号处理滤波技术、温度补偿技术、安装误差修正技术等先进技术，可以实时地将三轴加表值、陀螺值以及航姿结果通过RS-232串口输出，其中输出的加速度值单位为“g”，陀螺值的单位为“度/秒”，采样时间间隔为10ms。直流稳压电源可以提供单路输出直流0～32V电压，且具有输出电压、电流值数字显示功能；允许长期在0℃～40℃温度下满负荷工作。其主要技术指标如下：电源输出：0～32V/0～2A体积与重量：325×205×17010Kg五、实验步骤如图所示连接电路六、数据说明及仿真（1）采用加速度计信息计算初始的姿态角（横滚角、俯仰角）；将所测得的数据导入matlab中，绘制出RA,PA,dHA三个变量随时间time变化的图形如下：RaPaDHA由以上波形可以观察可得：导航仪先后经历了初始对准、起飞、爬升、盘旋、降落等过程。另由初始数据可得，RA0约-1.25，PA0约-0.6，dHA约-177。（2）在初始对准的基础上，采用陀螺信息进行四元数更新，获得实时更新的航姿信息。根据所测数据微分方程求得q0,q1,q2,q3并获得姿态矩阵：由上述方法可以获得初始状态矩阵Cbp，进而可以求得由此可知，实时求解微分方程以更新四元数，并计算姿态矩阵，可以获得及时更新的航姿信息。（3）更新后的航姿信息与采集的航姿信息比较，进行精度评价。七、思考题（1）为什么采用加速度计信息可实现初始对准姿态的求解？初始对准利用载体坐标系相对于地理坐标系的最有估计，可以吧载体坐标系上的惯性原件的测量值转换到当地地理坐标系中，这些被转换的数值与加速度信息比较，可以推算出方向余弦参数。（2）什么因素导致了捷联航姿结果的快速发散？惯性原件的测量精度不高，原件输出的辨别率低，白噪声干扰等因素可能将导致航姿结果发散。在航姿参考系统测量载体姿态的过程中,由于观测噪声不确定,会影响卡尔曼滤波结果的精度.另外,当系统受到干扰而使观测噪声突然改变时,可能会导致滤波发散。（3）可采用哪些措施提高捷联航姿系统的精度？通过卡尔曼滤波完成初始精对准，利用大约15分钟左右的时间连续测量进行精对准，在静基座条件下，精对准后航姿误差角为10~20角秒，方位误差角为2~5角分。可以通过提高惯性器件的精度来提高整个捷联航姿系统的精度。另外惯导系统长时间运行必将导致客观的积累误差，可以形成组合式导航系统，这是弥补惯导系统不足的一个重要措施。实验四GPS实验一、实验目的1.了解GPS接收机的组成及工作原理。2.掌握GPS全球定位系统用户设备的功能，操作与使用。3.熟悉GPS用户软件，利用所采集的卫星数据和定位数据，对该设备的静态定位精度进行分析。二、实验内容1.理解卫星导航系统的定位测量原理。2.熟练操作和使用GPS接收机及其配套软件。3.采集定位数据，进行处理分析。三、实验原理卫星导航系统定位测量原理，参见讲义点定位的精度估算四、实验设备AGPS接收机：BPC计算机，GPS接收机配套Starview软件；C直流稳压电源：一台五、实验步骤1、实验线路连接：将GPS接收机的电源线与直流稳压电源的输出相连（注意电源正负极性），接收机的数据线与PC计算机的串行数据通行口COM1相连，天线电缆的一端接到接收机的天线接口，另一端水平放置在室外。示意图如下：2.确认线路连接正确后，将直流稳压电源设置到合适的电压（10V左右），打开电源，GPS接收机指示灯显示正常。3.打开PC计算机中的Starview软件，在File/Port菜单下设置串口COM1和波特率9600baud。4.采集数据及保存，进行数据处理，编写实验报告。5.实验要求：A数据统计分析：根据采集数据，计算定点位置的纬度，经度平均值及 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 偏差，将其坐标转换到WGS—84大地坐标系中（用X，Y，Z表示）；B根据所得数据，对伪距单点定位的精度进行估算。六、实验程序思路描述：考虑卫星与用户在地球坐标系内的三维位置，可得分别代入四颗卫星的Xsi,Ysi,Zsi,Pi等数据，求解出x,y,z,t等量。由给出的实验数据，在matlab中求解四元一次方程组，则每一行实验数据都对应一个x，y，z，t。老师给出的实验数据为70行，17列。通过解方程，我们可以分别得到70个x，y，z，t。对70组解进行统计分析以求得平均值和方差。并将求得的xyz坐标转换为经度和纬度表示。代码如下：functionq=myfun(p)x=p(1);y=p(2);z=p(3);t=p(4);A=load('hard_bc1.txt');m=5;q(1)=((x-A(m,2))^2+(y-A(m,6))^2+(z-A(m,10))^2)^0.5+30000000*t-A(m,14);q(2)=((x-A(m,3))^2+(y-A(m,7))^2+(z-A(m,11))^2)^0.5+30000000*t-A(m,15);q(3)=((x-A(m,4))^2+(y-A(m,8))^2+(z-A(m,12))^2)^0.5+30000000*t-A(m,16);q(4)=((x-A(m,5))^2+(y-A(m,9))^2+(z-A(m,13))^2)^0.5+30000000*t-A(m,17);在主函数中使用B(5,:)=fsolve('myfun',[-2145710.301,4418489.706,4052454.341,0],optimset('Display','off'));调用函数迭代求解。并通过更改m的值来求解下一组解。由解出的x，y，z值代入 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ：计算出经纬度。七、实验程序由于数据量较大，我采用了实验数据中的第5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55，60,65,70行数据进行数据处理。所得结果如下表所示:数据行号x坐标y坐标z坐标t纬度L经度λ5-2171958.0604386008.2714076229.6081.0681E-0639.7891306116.344684210-2171957.8664386008.0564076229.5471.0565E-0639.7891318116.344683315-2171957.7764386007.9964076229.4451.0524E-0639.7891316116.344682620-2171957.7604386008.0114076229.2881.0438E-0639.7891305116.344682425-2171957.8234386008.1034076229.1191.0258E-0639.7891287116.344682630-2171957.9844386008.1694076228.8281.0079E-0639.7891259116.344683935-2171958.2494386008.2854076228.7641.0161E-0639.7891242116.344686140-2171958.2664386008.0784076228.7391.0096E-0639.789125116.344687445-2171958.4864386008.1814076228.7921.0111E-0639.7891243116.344689150-2171958.8904386008.5824076229.1811.0210E-0639.7891239116.344691355-2171959.2344386009.0874076229.5321.0347E-0639.7891228116.344692360-2171959.3854386009.3224076229.7721.0329E-0639.7891229116.344692665-2171959.6694386009.7664076230.1221.0438E-0639.7891223116.344693370-2171960.0294386010.3884076230.5071.0615E-0639.7891208116.3446939均值-2171958.5344386008.5934076229.3751.0347E-0639.7891261116.3446875方差0.5902624610.5700743380.2798947654.0841E-161.4138E-111.98093E-11均方差0.7682854030.7550326730.5290508152.02092E-083.76E-064.45076E-06由上表可知：x=-2.162354×106y=4.257836×106z=4.063372×106t=1.347×10-6σx=0.58437σy=0.57221σz=0.26531σt=4.0842×10-16由matlab得到的经纬度曲线经度纬度八、思考题1．卫星导航系统的弊端有哪些？如何克服？GPS当行定位的三个前提假设是：接收机必须准确的测量卫星传输时间，卫星信号必须以已知的恒定速度传输，GPS接收的卫星信号必须沿直线传播，实际中任何不满足上述假设的因素都将产生测距误差，从而影响GPS的定位精度。另外由于障碍物遮蔽导致信号中断，gps动态特性差，难以满足实时控制的要求，可采用ins形成组合导航系统来提高GPS定位的精度。2．解算后的结果精度若较低，原因是什么？（1）接收机噪声误差（2）多路径误差（3）对流层延迟误差（4）电离层延迟误差（5）卫星时钟误差（6）星历误差等