基于IMU的组合导航系统技术研究

【摘要】：导航系统是目标运载体能否被正确导引到目标终点的核心装置,直接反映了目标运载体在航行过程中的状态信息。随着导航技术地日趋多样化,单一的导航方式由于自身固有的局限性已很难达到现代系统的应用要求,以多种导航方式相结合的组合导航系统逐渐引起了越来越多的关注。 随着MEMS技术地快速发展,基于IMU(Inertial Measurement Unit)的组合导航系统由于所采用的IMU具有体积小、功耗低且通常为数字化接口等优点,因而可以使组合导航系统呈现更高的集成化,在体积受限、功耗要求较为苛刻的应用领域中体现出更为广阔的应用前景。本文主要包括以下几个内容： (1)介绍了惯性导航系统的相关知识,详细分析了磁阻传感器在实际应用中应注意的问题和存在的缺陷。 (2)设计了基于IMU的组合导航系统的完整架构,详细叙述并分析了系统各模块之间的连接关系和信息交互方式。同时对本导航系统所选择的器件进行了分析介绍,并罗列出了与其相关的重要性能参数,最后分析了本系统采用的算法策略。 (3)设计并实现了组合导航系统的两个子系统--捷联惯导子系统和磁阻传感系统的硬件电路和初步的程序编写。分别详细叙述了每个子系统电路模块的设计,如电源模块、微处理器最小系统电路和外部不同通信协议器件通信接口电路等,同时阐述了电路设计中应注意的环节。 (4)完成了捷联惯导子系统和磁阻传感系统的性能测试实验。详细分析了所设计的捷联惯导子系统的静态姿态角的实验测试结果,并针对该实验测试结果提出了相应的误差标定和补偿方案,最后对补偿后的系统进行了对比实验,来验证误差补偿效果。同时分析了磁阻传感系统的误差产生因素和补偿方案。 本文设计实现的组合导航系统的两个子系统--捷联惯导子系统和磁阻传感系统目前已实现静态姿态角的测量功能。偏航角在360。范围内水平状态下测量误差可控制在-1°～+1°之内。而俯仰角和横滚角的静态测量效果尚不理想,仍需进一步改进补偿算法。