北航惯性导航综合实验三实验报告

惯性导航实验一、 实验目的1、了解惯性导航设备;2、掌握惯性导航设备的物理连接；3、掌握惯性导航信息的处理方法；4、掌握惯性导航方法并学会用编程实现惯性导航算法。

二、 实验器材YH-5000AHRS ；工业控制计算机；数据采集软件； 稳压电源；串口连接线； 三、 实验原理 （1） 姿态解算基于四元数法解算姿态矩阵。

p j p i p l Q +++=21 （1）⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--++----+++---+=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡b b b p b b b b p p p z y x C z y x p p p l lp p p lp p p lp p p p p p l lp p p lp p p lp p p p p p l z y x 222123213223113223212223212313212322212)(2)(2)(2)(2)(2)(2 （2） b pbQw Q 21= （3） 上述微分方程表示成矩阵形式：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡321321000021p p p l w w w w w w w w w w w w p p p l b pbxb pbyb pbzb pbxb pbz bpbyb pby b pbz b pbx b pbz b pbyb pbx（4）初始四元数的确定计算如下：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--++=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡2cos 2cos 2sin 2sin 2sin 2cos 2cos 2sin 2sin 2sin 2cos 2cos 2sin 2cos 2sin 2cos 2sin 2cos 2sin2sin2sin2cos2cos2cos )0(3)0(2)0()0(0000000000000000000001γθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕG G G G G G G G p p p l （5） 用四阶龙格库塔法解（4）的微分方程；⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=333231232221131211T T T T T T T T T C p b由p b C 中提取γϕλ，，G231sin T -=主λ22211tan T T G -=主ϕ )(tan 33131T T --=主γ 从而可得到：主λλ=⎪⎩⎪⎨⎧<>+>><+=0,020,002122212222T T T T T GG G G πϕϕπϕϕ主主主⎩⎨⎧<>=0,)(-0331333T T sign T πγγγ （2） 速率位置解算将加速度测量的沿坐标系轴向的比力bib a 转换成沿着导航坐标系轴向的比力p ib a ,则速度方程为:p p epp ep p ib p ep g V w a V +⨯+Ω-=)2( 展开得到：⎪⎩⎪⎨⎧-+Ω-+Ω+=+Ω+Ω-=+Ω-Ω+=gV w V w a V V w V a V V w V a V p epy p epx p x p epx p epy p y p ibz p epzp epz p epx p x p epx p z p iby p epy p epzp epy p y p epy p z p ibx p epx )2()2()2(2)2(2 由于Ω,pep w 都很小，故而速度方程简化为：⎪⎩⎪⎨⎧-===ga V a V a V p ibz pepz piby p epy p ibxp epx用一阶欧拉法解，则：⎪⎩⎪⎨⎧+-=++=++=+)(*)()()(*)()(*)(t V T g a T t V t V T a T t V t V T a T t V p epz p ibz p epzpepy p iby p epy pepx p ibx p epx 其中T 为采样时间。

北航物理实验报告北航物理实验报告引言：物理实验是理论与实践相结合的重要环节，通过实验可以验证理论的正确性，培养学生的实验操作能力和科学精神。

本次实验旨在通过实验操作和数据分析，探究物理现象并得出结论。

实验一：测量重力加速度实验目的：通过自由落体实验测量地球上的重力加速度。

实验步骤：1. 准备一根直线垂直的竖直导轨，将导轨固定在实验台上。

2. 在导轨上设置一个可移动的传感器，用于测量小球自由落体的时间。

3. 在导轨上放置一个小球，使其从静止位置自由下落，并记录下小球经过传感器的时间。

4. 重复实验多次，取平均值计算重力加速度。

实验结果与分析：根据实验数据计算得出的重力加速度为9.81 m/s²，与理论值相符合。

实验误差主要来自于实验仪器的精度和实验操作的不确定性。

实验二：测量光的折射率实验目的：通过测量光的折射率，验证光在不同介质中传播时的折射定律。

实验步骤：1. 准备一个透明的玻璃棱镜和一束光源。

2. 将玻璃棱镜放在光源前方，观察光线经过棱镜后的折射现象。

3. 测量入射角和折射角，并计算折射率。

4. 重复实验多次，取平均值计算折射率。

实验结果与分析：根据实验数据计算得出的折射率与理论值相符合，验证了光的折射定律。

实验误差主要来自于测量角度的精度和光线的衍射现象。

实验三：测量电阻的变化实验目的：通过测量电阻的变化，研究电阻与导线长度、截面积之间的关系。

实验步骤：1. 准备一根导线，测量其长度和截面积。

2. 将导线接入电路中，通过电流表和电压表测量电流和电压。

3. 改变导线长度或截面积，重新测量电流和电压。

4. 计算电阻，并绘制电阻与导线长度、截面积的关系曲线。

实验结果与分析：根据实验数据绘制的曲线表明，电阻与导线长度成正比，与导线截面积成反比。

这符合欧姆定律和电阻公式的预期结果。

实验误差主要来自于测量仪器的精度和导线材料的不均匀性。

结论：通过以上实验，我们验证了自由落体实验中的重力加速度、光的折射定律以及电阻与导线长度、截面积之间的关系。

惯性导航技术综合实验实验五惯性基组合导航及应用技术实验惯性/卫星组合导航系统车载实验一、实验目的①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理；②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理；③掌握捷联惯导 /GPS组合导航系统静态性能；④掌握动态情况下捷联惯导 /GPS组合导航系统的性能。

二、实验内容①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）；②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）；三、实验系统组成①捷联惯导/GPS组合导航实验系统一套；②监控计算机一台。

③差分GPS接收机一套；④实验车一辆；⑤车载大理石平台；⑥车载电源系统。

四、实验内容1）实验准备①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台；②将IMU与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算机、GPS 接收机与导航计算机、GPS 天线与GPS 接收机、GPS 接收机与GPS 电池之间的连接线正确连接；③ 打开GPS 接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星； ④ 打开电源，启动实验系统。

2） 捷联惯导/GPS 组合导航实验① 进入捷联惯导初始对准状态，记录IMU 的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU ；② 实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态； ③ 移动实验车，按设计实验路线行驶；④ 利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。

五、 实验结果及分析(一)理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。

1、一分钟惯导位置误差理论推导：短时段内（t<5min ），忽略地球自转0ie ω=，运动轨迹近似为平面1/0R =，此时的位置误差分析可简化为：（1） 加速度计零偏∇引起的位置误差：210.88022t x δ∇==m （2） 失准角0φ引起的误差：202 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：330.01376g t x εδ==m 可得1min 后的位置误差值123 1.8157m x x x x δδδδ=++= 2、一分钟惯导实验数据验证结果：（1）纯惯导解算1min 的位置及位置误差图：lat0.01s 度lon0.01s度北向位移误差0.01sm 东向位移误差0.01sm（2）纯惯导解算1min 的速度及速度误差图：-100-50050Vx0.01s m /s020406080Vy0.01sm /s100020003000400050006000-0.4-0.3-0.2-0.10Vx 误差0.01s m /s100020003000400050006000-0.1-0.0500.050.1Vy 误差0.01sm /s实验结果分析：纯惯导解算短时间内精度很高，1min 的惯导解算的北向最大位移误差，东向最大位移误差，可见实验数据所得位置误差与理论推导的位置误差在同一数量级，结果不完全相同是因为理论推导时做了大量简化，而且实验时视GPS 为真实值也会带来误差；另外，可见1min 内纯惯导解算的东向速度最大误差s ，北向速度最大误差s 。

惯性实验实验报告惯性实验实验报告摘要：本实验旨在通过惯性实验，探究物体的惯性特性以及其对运动状态的影响。

通过设计合适的实验装置，我们观察了不同物体在不同运动状态下的惯性现象，并结合实验数据进行分析和讨论。

实验结果表明，物体的质量和运动状态对其惯性特性有着重要影响，进一步揭示了物体运动中的惯性规律。

引言：惯性是物体运动中的一种基本特性，它是指物体维持原来的状态（包括静止和匀速直线运动）的倾向。

在日常生活中，我们常常能够观察到物体的惯性现象，如车辆突然刹车时乘客向前倾斜，或者转弯时乘客向外侧倾斜等。

通过实验来研究物体的惯性特性，有助于我们更深入地理解物体运动的规律，为我们在实际生活中的运动控制提供参考依据。

实验装置和方法：1. 实验装置：本实验采用了一个平滑的水平桌面、一个滚轮、一块木板和一块细绳。

滚轮由一个金属轴和两个金属盘组成，金属盘上有几个不同质量的小物块。

木板固定在桌面上，细绳一端固定在木板上，另一端绕过滚轮并悬挂着一定质量的物体。

2. 实验方法：首先，将滚轮放置在桌面上，并调整使其能够自由滚动。

然后，将细绳的一端固定在木板上，并将另一端绕过滚轮，悬挂着一定质量的物体。

接下来，用手轻轻拉动木板，使滚轮开始滚动。

观察滚轮滚动的情况，并记录下相应的数据。

实验结果与讨论：在实验过程中，我们分别改变了滚轮上的小物块的质量和物体的悬挂质量，观察了滚轮滚动的情况，并记录下相关数据。

通过对实验数据的分析和讨论，我们得出了以下结论：1. 质量对物体的惯性特性有影响：实验结果表明，滚轮上的小物块质量越大，滚轮滚动的速度越慢，滚动的时间越长。

这说明物体的质量越大，其惯性越强，越不容易改变其运动状态。

这也符合牛顿第一定律的观点，即物体在没有外力作用下，将保持其原来的运动状态。

2. 运动状态对物体的惯性特性有影响：在实验中，我们还观察到了滚轮在不同运动状态下的惯性现象。

当滚轮开始滚动时，如果我们突然停止拉动木板，滚轮会继续滚动一段时间后才停下来。

惯性导航技术综合实验实验五惯性基组合导航及应用技术实验惯性/卫星组合导航系统车载实验一、实验目的①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理；②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理；③掌握捷联惯导 /GPS组合导航系统静态性能；④掌握动态情况下捷联惯导 /GPS组合导航系统的性能。

二、实验内容①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）；②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）；三、实验系统组成①捷联惯导/GPS组合导航实验系统一套；②监控计算机一台。

③差分GPS接收机一套；④实验车一辆；⑤车载大理石平台；⑥车载电源系统。

四、实验内容1）实验准备①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台；② 将IMU 与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算机、GPS 接收机与导航计算机、GPS 天线与GPS 接收机、GPS 接收机与GPS 电池之间的连接线正确连接；③ 打开GPS 接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星； ④ 打开电源，启动实验系统。

2） 捷联惯导/GPS 组合导航实验① 进入捷联惯导初始对准状态，记录IMU 的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU ；② 实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态； ③ 移动实验车，按设计实验路线行驶；④ 利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。

五、 实验结果及分析(一) 理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。

1、一分钟惯导位置误差理论推导：短时段内（t<5min ），忽略地球自转0ie ω=，运动轨迹近似为平面1/0R =，此时的位置误差分析可简化为：（1） 加速度计零偏∇引起的位置误差：210.88022t x δ∇==m （2） 失准角0φ引起的误差：202 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：330.01376g t x εδ==m 可得1min 后的位置误差值123 1.8157m x x x x δδδδ=++= 2、一分钟惯导实验数据验证结果：（1）纯惯导解算1min 的位置及位置误差图：lat0.01s 度lon0.01s度北向位移误差0.01sm 东向位移误差0.01sm（2）纯惯导解算1min 的速度及速度误差图：-100-50050Vx0.01s m /s020406080Vy0.01sm /s100020003000400050006000-0.4-0.3-0.2-0.10Vx 误差0.01s m /s100020003000400050006000-0.1-0.0500.050.1Vy 误差0.01sm /s实验结果分析：纯惯导解算短时间内精度很高，1min 的惯导解算的北向最大位移误差-2.668m ，东向最大位移误差-8.231m ，可见实验数据所得位置误差与理论推导的位置误差在同一数量级，结果不完全相同是因为理论推导时做了大量简化，而且实验时视GPS 为真实值也会带来误差；另外，可见1min 内纯惯导解算的东向速度最大误差-0.2754m/s ，北向速度最大误差-0.08027m/s 。

实验三惯性导航实验小组成员：杨曦陈魁吴航杨少帅一、 实验目的1、了解惯性导航设备;2、掌握惯性导航设备的物理连接；3、掌握惯性导航信息的处理方法；4、掌握惯性导航方法并学会用编程实现惯性导航算法。

二、 实验器材YH-5000AHRS ；工业控制计算机；数据采集软件； 稳压电源；串口连接线；三、 实验原理（1） 姿态解算基于四元数法解算姿态矩阵。

p j p i p l Q +++=21 （1）⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--++----+++---+=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡b b b p b b b b p p p z y x C z y x p p p l lp p p lp p p lp p p p p p l lp p p lp p p lp p p p p p l z y x 222123213223113223212223212313212322212)(2)(2)(2)(2)(2)(2 （2） b pbQw Q 21= （3） 上述微分方程表示成矩阵形式：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡------=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡321321000021p p p l w w w w w w w w w w w w p p p l b pbxb pbyb pbz b pbx b pbz b pbyb pby b pbz b pbxb pbz b pbyb pbx（4） 初始四元数的确定计算如下：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--++=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡2c o s 2c o s 2s i n 2s i n 2s i n 2c o s 2c o s 2s i n 2s i n 2s i n 2c o s 2c o s 2s i n 2c o s 2s i n 2c o s 2s i n 2c o s 2s i n 2s i n 2s i n 2c o s 2c o s 2co s )0(3)0(2)0()0(0000000000000000000000001γθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕγθϕG G G G G G G G p p p l （5） 用四阶龙格库塔法解（4）的微分方程；⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=333231232221131211T T T T T T T T T C p b 由p b C 中提取γϕλ，，G231sin T -=主λ 22211tan T T G -=主ϕ)(tan 33131T T --=主γ 从而可得到：主λλ=⎪⎩⎪⎨⎧<>+>><+=0,020,002122212222T T T T T GG G G πϕϕπϕϕ主主主⎩⎨⎧<>=0,)(-0331333T T sign T πγγγ （2） 速率位置解算将加速度测量的沿坐标系轴向的比力bib a 转换成沿着导航坐标系轴向的比力p ib a ,则速度方程为:p p epp ep p ib p ep g V w a V +⨯+Ω-=)2( 展开得到：⎪⎩⎪⎨⎧-+Ω-+Ω+=+Ω+Ω-=+Ω-Ω+=gV w V w a V V w V a V V w V a V p epy p epx p x p epx p epy p y p ibz pepz p epzp epx p x p epx p z p iby p epy p epzp epy p y p epy p z p ibx p epx )2()2()2(2)2(2 由于Ω,pep w 都很小，故而速度方程简化为：⎪⎩⎪⎨⎧-===ga V a V a V p ibz pepz piby p epy p ibxp epx用一阶欧拉法解，则：⎪⎩⎪⎨⎧+-=++=++=+)(*)()()(*)()(*)(t V T g a T t V t V T a T t V t V T a T t V p epz p ibz p epzpepy p iby p epy pepx p ibx p epx 其中T 为采样时间。

一、前言惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）是一种基于物体自身运动状态进行导航定位的系统。

在军事、民用等领域具有广泛的应用。

为了深入了解惯导系统的原理和应用，我们于近期进行了惯导实习。

以下是对本次实习的总结和报告。

二、实习目的1. 了解惯性导航系统的基本原理和组成；2. 掌握惯导系统的安装、调试和操作方法；3. 通过实际操作，提高动手能力和解决实际问题的能力；4. 为今后从事相关领域的工作奠定基础。

三、实习内容1. 惯性导航系统原理（1）惯性导航系统概述惯性导航系统是利用物体惯性原理进行导航定位的一种系统。

它通过测量物体运动过程中的加速度、速度和位置等参数，实时计算出物体的运动轨迹和位置。

（2）惯性导航系统组成惯性导航系统主要由惯性测量单元（IMU）、数据处理单元和显示单元组成。

2. 惯导系统安装与调试（1）安装将惯导系统按照说明书要求安装到试验平台上，确保安装牢固。

（2）调试连接电源和通信线，启动系统，进行自检。

检查各部件工作状态，确保系统正常运行。

3. 惯导系统操作（1）启动系统按下启动按钮，系统开始工作。

（2）输入初始数据输入起始位置、速度和航向等初始数据。

（3）实时监测观察系统实时显示的加速度、速度和位置等信息，分析系统工作状态。

（4）数据记录记录实验过程中各参数的变化情况，为后续分析提供依据。

四、实习总结1. 通过本次实习，我们掌握了惯性导航系统的基本原理和组成，了解了惯导系统的安装、调试和操作方法。

2. 在实际操作过程中，我们遇到了一些问题，如系统不稳定、数据误差等。

通过查阅资料和请教指导老师，我们找到了解决问题的方法，提高了自己的动手能力和解决问题的能力。

3. 本次实习使我们认识到，惯性导航系统在实际应用中具有重要意义，为今后从事相关领域的工作打下了基础。

五、心得体会1. 实习过程中，我们充分认识到理论知识与实际操作相结合的重要性。

只有将所学知识运用到实际工作中，才能更好地提高自己的能力。

北航物理实验报告实验目的本次实验旨在通过观察和记录不同物理实验现象，加深对物理定律和实验原理的理解，培养实验操作和数据处理的能力。

实验仪器和试剂实验中所使用的仪器主要有： - 偏光镜 - 精密天平 - 万用表 - 实验箱 - 导线 - 示波器试剂方面，主要是一些金属样品和电池。

实验原理1. 偏光镜实验偏光镜是通过改变光波的偏振方向而起作用的光学仪器。

它能够选择性地通过偏振方向相同的光，而将垂直方向上的光进行消光。

我们可以利用偏光镜来观察偏振光、解偏振光等现象。

2. 大飞轮实验大飞轮实验是通过转动一个质量较大的飞轮，然后通过改变飞轮的转动速度来观察与测量一系列现象。

例如，当飞轮自转速度增大时，人体会感觉到一种向外推的力。

3. 磁场实验通过在实验箱中放置磁体，在观察和测量不同位置的磁感应强度，以及磁场对导线的作用力等现象，来研究磁场的性质和行为。

4. 电学实验利用实验箱中的电池、导线和示波器等设备，通过观察电路中的电流、电压等现象，来研究电学定律和电路的特性。

实验步骤和结果1. 偏光镜实验第一步，我们拿起偏光镜，调整其方向，观察到当两个偏光镜的偏振方向相同时，透过光线的亮度最大；而当两个偏光镜的偏振方向垂直时，透过光线的亮度几乎消失。

第二步，我们旋转一个偏光镜，观察到透过光线的亮度随着旋转角度的变化而变化。

2. 大飞轮实验第一步，我们先调整飞轮的转速为最低档位，然后将手放在飞轮上，观察到飞轮自转时手感较轻。

第二步，我们逐渐增加飞轮的转速，观察到手感逐渐变重，甚至有时会出现感觉手被向外推的现象。

3. 磁场实验第一步，我们将磁体放入实验箱，并在实验箱内移动磁感应探头，记录下不同位置的磁感应强度。

第二步，我们将一个导线放在实验箱中，通上电流后观察导线所受的力的方向和大小。

4. 电学实验第一步，我们连接一个电路，其中包括一个电池、一根导线和一个电阻。

然后使用万用表测量电路中的电流和电压。

第二步，我们改变电阻的大小，观察电路中的电流和电压随之变化。

一.实验目的1．认识三轴惯性平台的各个组成器件2.讨论验证三轴平台的工作原理，并对其稳定回路及工作过程做出分析二．实验原理一个双自由度陀螺有两个测量轴，可为平台提供两个轴的稳定基准，而三轴平台要求陀螺为平台提供三个轴的稳定基准，所以三轴平台需要两个双自由度陀螺。

设两个陀螺的外环轴均平行于平台的方位轴安装，则内环轴自然平行于平台平面。

在正常工作状态下，两个陀螺的自转轴也平行于平台台面，且相互之间保持垂直关系，即两个陀螺的内环轴之间也保持垂直关系。

两个陀螺的内环轴作为平台绕两个水平轴稳定的基准，而两个陀螺的外环轴之一，作为平台绕方位轴稳定的基准。

三.实验内容1.方位稳定轴的空间积分状态在双自由度陀螺构建的三轴惯性平台中，平台的方位稳定回路陀螺2外环轴上的信号器，放大器，平台方位轴上的稳定电机等组成。

当干扰力矩作用在平台的方位轴上时，平台绕方位轴转动偏离原有的方位，而平台上的陀螺却具有稳定性。

这样，平台相对陀螺外环出现了偏转角，陀螺2外环轴上的信号器必有信号输出，经放大器放大后送至平台方位轴上的稳定电机，方位稳定电机输出稳定力矩作用到平台方位轴上，从而平衡作用在平台方位轴上的干扰力矩，使平台绕方位轴保持稳定。

同样，给陀螺2内环轴上的力矩器输入与指令角速度大小成比例的电流，可实现方位稳定轴的空间积分要求2.水平稳定回路的工作如下图所示由三个单轴平台直接叠加的三轴平台在航向变化时，平台上的陀螺与稳定电机之间的相对位置关系．图(a)表示航向为零，即方位环环对俯仰环没有转角时陀螺与稳定电机之间的相对位置关系，此时的陀螺Ⅱ感受沿横滚轴（纵向）方向作用到平台上的干扰力矩，信号器输出的信号经横滚放大器A．放大后给横滚轴稳定电机，产生纵向稳定力矩，使平台沿纵向（x.轴）保持稳定，陀螺I感受沿俯仰轴（横向）方向作用到平台上的干扰力矩。

经信号器．放大器和俯仰轴稳定电机，产生沿横向的稳定力矩．使平台沿横向保持稳定。

同样，若给两个陀螺的力矩器输入与指令角速度成比例的电流，平台也可正常工作在空间积分状态。

北航惯性导航综合实验三实验报告惯性导航技术综合实验实验三惯性导航综合实验实验3.1 初始对准实验一、实验目的结合已经采集并标定好的惯性传感器数据进行粗对准，了解实现对准的过程；通过比较不同传感器数据的对准结果，进一步认识惯性传感器性能在导航系统中的重要地位。

为在实际工程设计中针对不同应用需求下采取相应的导航系统方案提供依据。

二、实验内容利用加速度计输出计算得到系统的初始姿态，利用陀螺输出信号计算航向角。

对比利用不同的惯性传感器数据计算所得的不同结果。

三、实验系统组成MEMS IMU（或其他类型IMU）、稳压电源、数据采集系统与分析系统。

四、实验原理惯导系统在开始进行导航解算之前需要进行初始对准，水平对准的本质是将重力加速度作为对准基准，其对准精度主要取决于两个水平加速度计的精度，加速度计的零位输出将会造成水平对准误差；方位对准最常用的方位是罗经对准，其本质是以地球自转角速度作为对准基准，影响对准精度的主要因素是等效东向陀螺漂移。

(1) 其中，分别为当前时刻的俯仰角和横滚角计算值。

水平对准误差和方位对准误差如下所示：，(2) 五、实验步骤及结果1、实验步骤：采集静止状态下水平加速度计输出，按下式计算其平均值。

(3) 其中，为前n个加计输出均值；为前n-1个加计输出均值；为当前时刻加计输出值。

利用加计平均值来计算系统初始俯仰角和横滚角(4) 其中，分别为当前时刻的俯仰角和横滚角计算值。

2、实验结果与分析：2.1、用MIMS IMU的加速度计信息计算（1）俯仰角和横滚角图：（2）失准角：2.2、实验结果分析以上计算是基于MIMS IMU静止时data2进行的初始对准，与data2给定的初始姿态角相差不大。

六、源程序clear clc g = 9.__14; a=load(＇E:＼郭凤玲＼chushiduizhun＼data2.txt＇); ax=a(:,4)＇; ay=a(:,5)＇; az=a(:,6)＇; %初始值ax0(1)=ax(1)/1000*g; %%%%转化单位，由mg转化为m/s^2 ay0(1)=ay(1)/1000*g; az0(1)=az(1)/1000*g; theta(1)=asin(ay(1)/az(1)); gama(1)=-asin(ax(1)/az(1)); for i=2:__ ax0(i)=ax0(i-1)+(ax(i)-ax0(i-1))/i; ay0(i)=ay0(i-1)+(ay(i)-ay0(i-1))/i; az0(i)=az0(i-1)+(az(i)-az0(i-1))/i; theta(i)=asin(ay0(i)/az0(i));gama(i)=-asin(ax0(i)/az0(i)); end detfaix=mean(ay0)/g; detfaiy=mean(-ax0)/g; t=1:__; plot(t,theta,＇r＇,t,gama,＇b＇) title(＇俯仰角和横滚角＇);ylabel(＇弧度（rad）＇); legend(＇俯仰角＇,＇横滚角＇) 实验3.2 惯性导航静态实验一、实验目的1、掌握捷联惯导系统基本工作原理2、掌握捷联惯导系统捷联解算方法3、了解捷联惯导系统误差传递规律和方程二、实验原理捷联惯性导航系统（SINS）的导航解算流程如图1所示。

惯性导航技术综合实验实验五惯性基组合导航及应用技术实验惯性/卫星组合导航系统车载实验一、实验目的①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理；②掌握采用卡尔曼滤波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理；③掌握捷联惯导/GPS组合导航系统静态性能；④掌握动态情况下捷联惯导/GPS组合导航系统的性能。

二、实验内容①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）；②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）；三、实验系统组成①捷联惯导/GPS组合导航实验系统一套；②监控计算机一台。

③差分GPS接收机一套；④实验车一辆；⑤车载大理石平台；⑥车载电源系统。

四、实验内容1）实验准备①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台；②将IMU与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算机、GPS接收机与导航计算机、GPS天线与GPS接收机、GPS接收机与GPS电池之间的连接线正确连接；③ 打开GPS 接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星； ④ 打开电源，启动实验系统。

2） 捷联惯导/GPS 组合导航实验① 进入捷联惯导初始对准状态，记录IMU 的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU ；② 实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态； ③ 移动实验车，按设计实验路线行驶；④ 利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。

五、 实验结果及分析(一) 理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。

1、一分钟惯导位置误差理论推导：短时段内（t<5min ），忽略地球自转0ie ω=，运动轨迹近似为平面1/0R =，此时的位置误差分析可简化为：（1） 加速度计零偏∇引起的位置误差：210.88022t x δ∇==m （2） 失准角0φ引起的误差：202 0.92182g t x φδ==m （3） 陀螺漂移ε引起的误差：330.01376g t x εδ==m 可得1min 后的位置误差值123 1.8157m x x x x δδδδ=++= 2、一分钟惯导实验数据验证结果：（1）纯惯导解算1min 的位置及位置误差图：lat0.01s 度lon0.01s度北向位移误差0.01sm 东向位移误差0.01sm（2）纯惯导解算1min 的速度及速度误差图：-100-50050Vx0.01s m /s020406080Vy0.01sm /s100020003000400050006000-0.4-0.3-0.2-0.10Vx 误差0.01s m /s100020003000400050006000-0.1-0.0500.050.1Vy 误差0.01sm /s实验结果分析：纯惯导解算短时间内精度很高，1min 的惯导解算的北向最大位移误差-2.668m ，东向最大位移误差-8.231m ，可见实验数据所得位置误差与理论推导的位置误差在同一数量级，结果不完全相同是因为理论推导时做了大量简化，而且实验时视GPS 为真实值也会带来误差；另外，可见1min 内纯惯导解算的东向速度最大误差-0.2754m/s ，北向速度最大误差-0.08027m/s 。

一、实验目的1. 了解惯性的概念和特点。

2. 通过实验验证惯性的存在和表现。

3. 掌握惯性实验的基本方法和步骤。

4. 培养学生的动手操作能力和观察能力。

二、实验仪器1. 小车一辆2. 水平桌面一块3. 测量尺一把4. 秒表一个5. 纸张若干6. 粘土适量三、实验步骤1. 准备实验器材：将小车、水平桌面、测量尺、秒表、纸张和粘土准备好。

2. 将小车放置在水平桌面上，确保小车平稳。

3. 使用测量尺测量小车前进的距离，记录下来。

4. 使用秒表记录小车前进的时间，记录下来。

5. 在小车的尾部放置一块粘土，模拟增加小车的质量。

6. 重复步骤3和步骤4，记录小车前进的距离和时间。

7. 比较增加质量前后小车前进的距离和时间，分析惯性的影响。

8. 将实验结果整理成表格，并进行数据处理。

9. 根据实验结果，分析惯性的特点和表现。

四、实验结论1. 实验结果表明，小车在增加质量后，前进的距离和时间发生了变化。

2. 增加质量后，小车前进的距离变短，时间变长。

3. 这说明惯性的存在，质量越大，惯性越大。

4. 惯性是物体保持原有运动状态的性质，与物体的质量有关。

五、反思体会1. 本次实验让我对惯性的概念有了更深入的了解。

2. 通过实验，我学会了如何进行惯性实验，掌握了实验的基本方法和步骤。

3. 在实验过程中，我注意到了实验数据的准确性，培养了严谨的科学态度。

4. 通过观察和分析实验结果，我认识到惯性的特点和表现。

5. 在今后的学习和生活中，我会运用惯性知识，解决实际问题。

六、实验拓展1. 探究不同质量的小车在相同条件下，前进的距离和时间的变化。

2. 研究惯性与速度、加速度之间的关系。

3. 利用惯性原理，设计简单的惯性玩具。

4. 将惯性知识应用于实际生产生活中，提高生产效率。

5. 深入研究惯性的相关理论，为我国物理学的发展贡献力量。

总结：本次惯性试验实验让我对惯性的概念和特点有了更深入的了解，提高了我的动手操作能力和观察能力。

惯性导航技术综合实验实验五惯性基组合导航及应用技术实验惯性/卫星组合导航系统车载实验一、实验目的①掌握捷联惯导/GPS组合导航系统的构成和基本工作原理：②掌握采用卡尔曼波波方法进行捷联惯导/GPS组合的基本原理：③掌握捷联惯导/GPS组合导航系统静态性能：④掌握动态情况下捷联惯导/GPS组合导航系统的性能。

二、实验内容①复习卡尔曼滤波的基本原理（参考《卡尔曼滤波与组合导航原理》第二、五章）；②复习捷联惯导/GPS组合导航系统的基本工作原理（参考以光衢编著的《惯性导航原理》第七章）；三、实验系统组成①捷联惯导/GPS组合导航实验系统一套：②监控计算机一台。

③差分GPS接收机一套：④实验车一辆：⑤车载大理石平台：⑥车载电源系统。

四、实验内容D实验准备①将IMU紧固在车载大理石减振平台上，确认IMU的安装基准面紧靠实验平台；②将IMU与导航计算机、导航计算机与车载电源、导航计算机与监控计算机、GPS接收机与导航计算机、GPS天线与GPS接收机、GPS接收机与GPS电池之间的连接线正确连接；③打开GPS接收机电源，确认可以接收到4颗以上卫星；④打开电源，启动实验系统。

2）捷联惯导/GPS组合导航实验①进入捷联惯导初始对准状态，记录IMU的原始输出，注意5分钟内严禁移动实验车和IMU；②实验系统经过5分钟初始对准之后，进入导航状态；③移动实验车，按设计实验路线行驶；④利用监控计算机中的导航软件进行导航解算，并显示导航结果。

五、实验结果及分析（一）理论推导捷联惯导短时段（1分钟）位置误差，并用1分钟惯导实验数据验证。

1、一分钟惯导位置误差理论推导：短时段内（t<5min）,忽略地球自转绍。

=0,运动轨迹近似为平面1/R = O,此时的位置误差分析可简化为：Vr2（1）加速度计零偏V引起的位置误差：Jx,= —= 0.8802 m2（2）失准角我引起的误差：3X2=^-= 0.9218m（3）陀螺漂移£引起的误差：= 0.0137 m6可得1min后的位置误差值5x =+ J.r2 + 5x. = 1.8157m2、一分钟惯导实验数据验证结果：（1）纯惯导解算1min的位置及位置误差图：（2）纯惯导解算1min的速度及速度误差图：vy 8060| 40200 1000 2000 3000 4000 5000 60000.01s实验结果分析：纯惯导解算短时间内精度很高，1min的惯导解算的北向最大位移误差-2.668m,东向最大位移误差-8.231m,可见实验数据所得位置误差与理论推导的位置误差在同一数量级，结果不完全相同是因为理论推导时做了大量简化，而且实验时视GPS为真实值也会带来误差；另外，可见1min内纯惯导解算的东向速度最大误差-0.2754m/s，北向速度最大误差-0.08027m/So(-)选取IMU前5分钟数据进行对准实验。

实验报告Experimental Report学院：宇航学院作者：指导教师：董**第一部分导弹模型的建立、求解、分析和优化一、实验概述1.1概述《导弹弹道优化设计与仿真》是宇航学院导弹设计专业方向的一门专业综合实验，为了激发学生的学习兴趣，达到理论与实践结合的目的而开设的实验课程。

课程的内容：设计并编程计算完成一个既可以打击空中机动目标也可以打击地面固定目标的导弹的飞行过程。

并实现简单的弹道优化。

1.2实验背景对于空中机动目标，地面探测系统发现目标后对准目标发射导弹，先使导弹在竖直平面内按照方案飞行接近目标，这个阶段只需考虑导弹在竖直平面内的运动，也无需导引头实时探测目标的信息。

在弹目距离达到导引头的探测距离时，导引头开启，此时方案弹道结束，此时目标通常都不在导弹方案飞行运动的平面内，导弹需采用预先设定好的导引律自动跟踪目标，最终击中目标，在这个阶段，需考虑导弹在三维空间的运动。

当进入导引头盲区，则导引段结束，导弹随之惯性飞行至目标。

对于地面固定目标，如果导弹对准目标发射，那么在整个运动过程中就只需考虑导弹在竖直平面的运动。

整个过程不考虑导弹的飞行姿态，在方案飞行阶段，直接给定导弹飞行攻角的变化规律；在导引飞行阶段，通过导引律得出导弹需用加速度，采用攻角反算的方法来确定攻角。

导弹打击目标的弹道示意图见实验指导书1.1节。

所不同的是，本实验中目标为在三维空间的空中机动目标。

二、导弹数学模型2.1导弹运动方程及相关分析 2.1.1三维质点弹道将导弹看成可控质点，不考虑倾斜角的影响。

导弹运动的动力学运动学方程为：cos cos sin sin cos cos cos sin cos cos sin cos sin c c cmV P X G mV P Y G mV P Zx V y V z V αβθθαθθψαβθψθθψ⎧=--⎪=+-⎪⎪-=-+⎪⎨=⎪⎪=⎪=-⎪⎩ (0.1) 弹道模型为三自由度质点模型。

基于运动规划的惯性导航系统动态实验二零一三年六月十日实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。

通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。

二、实验内容学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。

三、实验系统组成USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。

四、实验原理IMU安装误差系数的计算方法USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。

USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。

USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。

由USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。

图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。

CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。

USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。

用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。

五、实验内容1、操作步骤1）检查电机驱动电源（24V）2）检查USB_PCL6045B 控制板与上位机及电机驱动器间的连接电缆3）启动USB_PCL6045B 控制板评估测试系统检查系统是否正常工作。

导航技术综合实验报告2012年4月23日星期一一、实验目的理论：基本掌握解码星历表（数制转换）、求伪距观测量、求卫星位置和卫星钟差、最小二乘法求接收机位置的概念、方法和运算的过程。

实践：通过对解码星历表（数制转换）、求伪距观测量、求卫星位置和卫星钟差、最小二乘法求接收机位置的程序仿真实际掌握方法。

二、实验的方法和步骤实验方法：结合课本的理论知识使用matlab仿真软件完成实验。

实验步骤：1、仔细阅读课本基本了解理论知识，掌握基本问题的解决方法与方式。

2、认真研究老师所给实验题目，明确实验要求和目的，确立完成实验的基本思路。

3、对照实验题目回顾书本理论知识，结合理论知识确定解决问题的方式方法。

结算出理论值。

4、绘制原理框图，方案流程图。

5、确立仿真环境。

6、绘制流程图‘7、编程调试，得到结果与理论推导结果做对比。

三、实验结果实验9 解码星历表（数制转换）一．函数模块解释函数功能：根据导航数据位信息，将从子帧1，子帧2和子帧3中得到星历数据转换成十进制格式，并求第一子帧的时间周tow。

一个子帧包含300数据位，导航信息共5个子帧。

函数名称：function [eph, tow] = ephemeris(bits, d30star)1.实验要求：实验代码见实验9中的ephemeris.m文件，理解实现星历解算的代码，并把函数代码和流程图中的各个环节对应起来。

1、获得输入的导航数据信息function [eph, tow] = ephemeris(bits, d30star)利用function形式，调用子函数，输入参数。

2、检查导航数据的bits长度是否满足导航数据5个子帧的长度要求if length(bits) &lt; 1500error(the parameter bits must contain 1500 bits!);end3、检查参数bits和d30star是否是字符串if ~ischar(bits)error(the parameter bits must be a character array!);endif ~ischar(d30star)error(the parameter d30star must be a char!);end4、循环操作，一一对5个子帧进行解码。