捷联惯导姿态算法及在

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1、工学硕士学位论文捷联惯导姿态算法及在µC/OS-Ⅱ下的实现研究谭海田哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：V249.32+2国际图书分类号：621.3工学硕士学位论文捷联惯导姿态算法及在µC/OS-Ⅱ下的实现研究硕士研究生：谭海田导师：曲延滨教授申请学位：工学硕士学科、专业：电气工程所在单位：电气工程系答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V249.32+2U.D.C.:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeInEngineeringRESEARCHOFSINSA

2、LGORITHMANDREALIZATIONBASEDONµC/OS-ⅡCandidate：TanHaitianSupervisor：Prof.QuYanbinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：July,2007Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨

3、工业大学工学硕士学位论文摘要捷联式惯性导航技术是近年来惯性技术的一个发展方向。由于捷联系统一系列的优点，捷联系统取代平台系统，已成为新世纪惯性技术发展的一种大趋势。目前，我国的捷联系统惯性技术仍处在低精度水平。要提高捷联系统精度，一方面是设计和制造出高精度的惯性器件，但由于受材料和工艺的限制而较难以实现；另一方面就是设计和采用高精度的捷联算法，以及高效率的软件系统，因而研究一种适用于捷联系统的高精度算法，以及在高效率的操作系统下实现算法就成为急需解决的课题。本文从实际出发，着重对以下几个问题进行了研究：1.介绍了捷联惯性导航系统的基本工作原理，包括坐

4、标系及其之间的关系，讨论了欧拉角、四元数等几种经典的解算方法。2.详细介绍了在ARMS3C44B0X上移植µC/OS-Ⅱ的过程和方法；分析了µC/OS-Ⅱ的内核结构，并对时钟中断和堆栈结构进行了优化改进；在嵌入式实时操作系统µC/OS-Ⅱ的基础上进行了系统调度方案的设计。3.讨论了四元数法的修正算法，本文重点研究了等效转动矢量法及插值算法，作了精度分析和数字仿真。4.在µC/OS-Ⅱ的基础上对惯性导航系统的功能实现进行了设计。关键词捷联惯导系统；µC/OS-Ⅱ；姿态矩阵；四元数-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractStrapdownin

5、ertialnavigationsystem(SINS)isakindofadvancedinertialnavigationtechnology,anditisthedevelopingdirectionofinertialnavigation.ForSINShasaseriesofadvantages,ithasbecomeatrendthatSINSwilltaketheplaceofplatforminertialnavigationsysteminnewcentury.Nowadays,theaccuracylevelofSINSinour

6、countryisstilllow.Tosettlethisproblem,onewayistodesignandmakehighprecisioninertialinstruments,i.e.gyrosandaccelerometers.Buttheinertialinstruments'performsarelimitedwithmaterialandtechnicallevel.Anotherwayistodesignanduseoptimalalgorithms,andhighefficiencysoftwaresystem.Thus,it

7、isnecessarytostudythehighprecisionalgorithmsforSINS,andtoapplythealgorithmsinactualityunderhighefficiencyoperatingsystem.Inthepaper,thefollowingworkshavebeendone:1.ThethesisintroducesthebasicoperationprincipleofSINS,includingseveralkindsofcoordinatesandtherelationsbetweenthem,c

8、lassicalattitudealgorithmsofEulerhornandquaternion.2.T