摘要：在科学技术高度发达的今天，导航系统已越发强大，小至居民生活，大至军事，导航系统都起着难以替代的作用。但卫星定位导航本身抗干扰性能差，在在人群密度高的城市地区遮挡严重；在人迹罕至的荒漠、海洋地区，少有基站支持时，依靠单点定位达到1dm精度需要等待30分钟甚至更久；用于军事时更是可以通过电子对抗技术来干扰卫星导航的能力。而“自给自足”的捷联导航系统可以很好得适用在卫星导航不完美的地方，并以结构简单、体积小、重量轻、抗干扰能力强，成本低、维护简单、可靠性高，隐蔽性高等优点受到关注。

本文介绍的是基于微惯性测量单元即MEMS惯性传感器的算法研制，采用的MEMS惯性传感器为Bosch公司的BNO055传感器，并使用MATLAB作为上位机来进行仿真实验。通过TTL转串口将惯性传感器的数据上传至电脑，再通过MATLAB进行捷联惯导解算，以此实现对传感器的姿态速度位置的捷联惯导解算，从而实现对其定位。

本文主要对捷联惯导算法基本理论进行研究。研究的主要内容如下：

⑴了解捷联惯导的基础理论，包括捷联惯导的基本原理，以及常用的定义知识。

⑵了解捷联惯导的基本算法，理解其如何在程序中实现。

⑶在MATLAB中进行对达成的捷联惯导惯导算法进行仿真实验，初步验证算法的准确性。

⑷用接收到的传感器数据在MATLAB中进行速度位置解算实验。

关键词：捷联惯性导航；姿态更新；MATLAB仿真

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1惯性导航系统的研究背景和意义-1

1.2惯性导航相关研究现状-1

1.3论文主要研究内容-2

第二章 捷联惯性导航的基础理论-3

2.1捷联惯导解算的准备工作-3

2.1.1捷联式惯性导航系统-3

2.1.2程序流程图设计-4

2.2反对称函数及其矩阵指数函数-5

2.3方向余弦阵-5

2.4等效旋转矢量-7

2.4四元数-8

2.5本章小结-9

第三章 捷联惯导数值更新算法-10

3.1 常用坐标系的定义-10

3.2 姿态更新算法-11

3.3速度更新算法-14

3.4位移更新算法-17

第四章 捷联惯导算法子程序设计-18

4.1 姿态角转化为四元数-18

4.2 四元数转换为姿态阵-19

4.3 姿态阵转换为四元数-19

4.4 旋转矢量转换为变换矩阵-21

4.5 四元数相乘-21

4.6 四元数乘向量-22

第五章 基于MATLAB的算法仿真和实践-24

5.1基于MATLAB的静态惯性器件仿真-24

5.2 BNO055的状态设定-25

5.3传感器数据仿真-26

5.3.1 静止状态数据解算-26

5.3.2方位角移动数据解算-27

5.3.3横滚角变化数据解算-27

5.3.4 俯仰角变化数据解算-28

5.4小结-29

第六章 总结与展望-30

6.1总结-30

6.2展望-30

致谢-32

参考文献-32