● 摘要
高精度位置姿态系统（Position and Orientation System, POS）是我国高分辨率空基对地观测系统的技术瓶颈，也是遥感技术领域各发达国家重点发展的技术方向。捷联惯导系统是POS的核心子系统，捷联导航算法是捷联惯导系统的关键技术。本文以国家“十一五” “863”重点项目为背景，重点研究POS的捷联惯性导航算法及其工程实现。主要工作如下：1、研究了基于四元数和基于旋转矢量的姿态更新算法，重点研究在纯圆锥运动环境中姿态更新算法的圆锥项补偿问题，推导了优化圆锥补偿算法。针对传统的圆锥补偿算法在处理陀螺输出的角速率信息时产生线形化误差的问题，提出了一种改进的基于拉格朗日多项式的旋转矢量算法。通过真实数据对各种圆锥误差补偿算法进行了半物理仿真分析。2、研究了捷联惯性导航系统的速度更新算法，分析了其中的速度旋转补偿和划船项补偿。针对在高动态环境下划船项对速度更新的影响不可忽略的问题，深入研究了划船误差补偿算法，并通过真实数据对各种划船误差补偿算法进行了半物理仿真分析。3、论述了基于DSP的软件设计方法，完成了捷联惯性导航算法在POS计算机中的工程实现。采用中断方式进行GPS、IMU数据采集，经过组合导航解算后通过以太网传输给上位机，便于实时显示和事后处理。并通过CCS编译器对导航算法进行了优化。4、通过POS样机在纯捷联状态下的静态导航试验，验证了捷联算法的性能。