● 摘要
针对北京航空航天大学宇航学院教学用小型化、低成本巡飞器导航控制部分的应用要求，采用低成本的GPS-OEM接收机以及硅微惯性测量单元（MEMS-IMU）组成组合导航系统。利用GPS接收机输出的三维位置和三维速度信息，MEMS-IMU输出的三轴加速度和三轴角速度信息，经误差标定补偿、导航数据解算、卡尔曼滤波算法，输出信息融合后的具有较高精度的全参数导航信息。从而实现GPS和MEMS-IMU优势互补，解决了GPS接收机数据输出率低、易受干扰、MEMS¬-IMU误差随时间积累等的缺点，实现了小型化、低成本且具有一定精度的组合导航系统。首先，生成了一条飞行轨迹，在此基础上进行了GPS/INS松组合仿真研究，仿真中采用了经典卡尔曼滤波算法和自适应卡尔曼滤波算法，并对仿真结果进行了比较，得出了一些有用的结论。其次，根据MEMS惯性器件的特点，建立了MEMS-IMU角速度和加速度的误差数学模型，在单轴速率转台（无指北装置）上采用“动态翻转6位置快速标定补偿方法”，对MEMS-IMU进行了实验标定，提高了MEMS-IMU的精度和可靠性。再次，设计了采用C8051F020型单片机和TMS320F2812型DSP组成的双CPU的组合导航计算机硬件电路，双机间采用SPI进行高速通信。完成了单片机对GPS和MEMS-IMU导航数据的接收及时间同步处理，由DSP完成误差补偿、导航解算和信息融合，并将导航数据输出到上位机。最后，完成了μC/OS-Ⅱ基于TMS320F2812 DSP的移植，对基于μC/OS-Ⅱ的整个导航任务进行模块化分解，划分成7个子任务，任务间通过消息邮箱实现同步与通信，从而提高了导航系统的性能。