捷联惯导算法初识

捷联惯导系统和算法定义

定义：在捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)中惯性传感器(陀螺和加速度计)直接与运载体固连﹐通过导航计算机采集惯性器件的输出信息并进行数值积分求解运载体的姿态、速度和位置等导航参数。

算法：这三组参数的求解过程即所谓的姿态更新算法、速度更新算法和位置更新算法。

捷联惯导算法核心和突出问题

核心：姿态更新算法是SINS算法的核心,对整个系统的解算精度影响最为突出，具有重要的研究和应用价值。传统的姿态更新算法有欧拉角法、方向余弦阵法和四元数法等，这些方法直接以陀螺采样输出作为输入,使用泰勒级数展开或龙格-库塔等方法求解姿态微分方程,未充分考虑转动的不可交换性误差问题。

突出问题：传统姿态更新算法在理论上可以通过提高采样和更新频率来提高解算精度,但实际陀螺采样频率又受限于传感器的带宽和噪声水平,因此传统算法的精度提升空间相对有限,仅适用于对解算精度要求不太高的场合。

组合导航定义

将运载体从起始点引导到目的地的技术或方法称为导航﹐惯性导航系统(简称惯导系统)提供的信息主要有姿态、方位、速度和位置,甚至还包括加速度和角速率,这些信息可用于运载体的正确操纵和控制。

惯性导航

惯性导航优点

惯导系统的优点是自主性强﹑动态性能好、导航信息全面且输出频率高

惯性导航缺点

缺点是误差随时间不断累积,长期精度差

卫星导航

卫星导航优点

卫星导航系统的优点是精度高,误差不随时间增大

卫星导航缺点

导航信息不够全面、频带窄、信号容易受到干扰、在室内等环境下接收不到卫星信号而无法使用

组合导航

在许多对导航性能要求苛刻的任务中,无论是精度要求高还是可靠性要求高,任何单一的导航系统可能都无法满足要求,这就需要使用多种导航系统同时对运载体进行导航信息测量,再对所有测量信息作综合处理(包括检测、结合,相关和估计),从而得到更为准确和可靠的导航结果。这种对多种导航信息作综合处理的技术就称为组合导航技术。从上述对惯导和卫星导航的优、缺点描述中可以看出,两者性能具有非常强的互补性,因而惯性/卫星组合导航被公认为是最佳的组合导航方案。