第１６卷第ｌｏ期２００８年１０月光学精密工程ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．１６ＮＯ．１０Ｏｃｔ．２００８文章编号１００４—９２４Ｘ（２００８）１０—１９５６—０７捷联惯导系统姿态解算模块的实现杜海龙１’２，张荣辉１’２，刘平３，郑喜凤１，贾宏光１，马海涛４’１（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９；３．大庆职业学院，黑龙江大庆１６３２５５；４．吉林大学通信工程学院，吉林长春１３００１２）摘要：提出了一种实现捷联惯性导航系统姿态解算模块的方法。基于ＤＳＰ的硬件平台和四元数的数学平台，设计了捷联惯性导航系统的姿态解算模块。介绍了捷联惯性导航系统的工作原理和姿态解算的基本算法，并给出了四元数法的四阶龙格一库塔数值解法。设计了姿态解算模块的硬件电路和软件实现程序。实验测试结果表明，在增量角＜５。的情况下，用四阶龙格一库塔法进行姿态解算，误差＜０．００５３％；应用ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３Ｂ进行硬件电路设计，每次解算时间＜３６肚ｓ，能够满足捷联惯性导航系统对精度和速度的要求。关键词：捷联系统；惯性导航；姿态解算；四元数中图分类号：Ｖ４４８．２２文献标识码：ＡＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｍｏｄｕｌｅｉｎｓｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅｓｙｓｔｅｍＤＵＨａｉ—ｌｏｎ９１＇２，ＺＨＡＮＧＲｏｎｇ—ｈｕｉｌ’２，ＩＡＵＰｉｎｇ”，ＺＨＥＮＧＸｉ—ｆｅｎ９１，ＪＩＡＨｏｎｇ—ｇｕａｎ９１，ＭＡＨａｌ—ｔａ０４（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｌ厂Ｏｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉ（‘Ｓ，ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏＪ’ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏＪ’Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ；３．ＤａｑｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｄａｑｉｎｇ１６３２５５，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｒｎｍｕｎｉｃ’ａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃ’ｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉ＊ｌａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｍｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎｔｏｒｅａｌｉｚｅａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｍｏｄｕｌｅｉｎｓｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｑｕａｔｅｒｎｉｏｎｓ，ａｎ．ａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｍｏｄｕｌｅｉｎｓｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒ—ｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅ，ｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄＴｈｅｔｅｓｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｏｆａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｅｒｒｏｒｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｃａｎｉＳ１ｅｓｓｔｈａｎ０．００５３％ｗｉｔｈ４ｏｒｄｅｒＲｕｎｇｅ～Ｋｕｔｔａｗｈｅｎｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ５。；ｉｔｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄｓｏｆｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅ，ｗｈｅｎｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｉｍｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ３６ｐｔｓｗｉｔｈＴＭＳ３２０Ｃ６７１３Ｂ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒａｐｄｏｗｎｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅ；ａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ收稿日期：２００８—０８—０７；修订日期：２００８—０９—０５．基金项目：吉林省杰出青年基金资助项目（Ｎｏ．２００６０１１５）；中国科学院“三期创新”平台资助项目万方数据 第１０期杜海龙，等：捷联惯导系统姿态解算模块的实现引言捷联惯性导航技术是一门综合性技术，用于对运动体的姿态、速度和位置参数的确定，该项技术广泛应用于航天、航空、航海和大地测量等领域。由于捷联惯性导航不受外界电磁和气象环境干扰，不依赖于外界条件，并且具有良好的隐蔽性，真正地实现了自主导航，成为自主式测量的最佳手段，使得惯性导航技术在军事上具有特殊的应用价值。目前，在发达国家，捷联惯性导航系统广泛用于机器人、无人飞机和精确制导炸弹等飞行器的导航控制中。捷联惯导系统是通过提取陀螺和加速度计的测量值实时地计算姿态矩阵，进而从姿态矩阵的元素中获得运动载体的姿态和航向信息来进行导航计算的。姿态解算算法是捷联惯导系统算法的核心，也是影响捷联惯导系统精度的主要因素之一，因此设计和采用合理的姿态解算算法就成为需要研究的课题。目前，国内的飞行器采用的计算机大多是冯·诺伊曼结构的通用型微处理器，这些通用型微处理器的乘法用软件实现，常常需要若干个机器周期才能完成，而且由于同时运行多个进程，使数据处理速度较慢。并且采用这些微处理器的器件体积大，功耗大，电路结构复杂，可靠性低，成本高，无法更好地满足当代捷联惯性导航系统对小型化、高精度、实时性的要求。对于嵌入式数字信号处理系统，基于数字信号处理器（ＤＳＰ）的实时信号处理系统具有速度快、可靠性高、成本低、开发周期短等特点。ＤＳＰ是专为高速数字信号处理而设计的微处理器，其改进的哈佛结构、先进的多总线和多级流水线机制、专用的硬件乘法器、高效的指令集，使其易于处理嵌入式各种信号的滤波、信息融合算法，而不会牺牲系统的实时性。此外，ＤＳＰ芯片中集成了ＲＡＭ存储器和各种外设接口，便于系统的设计和调试。综上所述，ＤＳＰ系统具有速度快、精度高、体积小、成本低、可靠性高以及抗干扰能力强等优点，可以满足捷联式惯性导航系统对硬件平台的要求Ｈ“。万 方数据２捷联惯性导航系统的工作原理捷联惯性导航系统的工作是把捷联惯性测量装置测量的运载体信息处理成导航所需要的各种信息，形成控制指令，控制运载体按预定轨道运行。惯性导航的基本原理是以牛顿力学定律为基础，在运载体内用加速度表和陀螺测量运载体加速度和角速度，通过积分运算获得运载体姿态、速度和位置的信息，利用这些信息进行导航。捷联惯性导航系统的关键是高精度的惯性测量仪表和高性能的计算机以及软件设计。捷联惯性导航系统的特点是把惯性测量元件加速度表和陀螺直接固连在运载体上，这些元件测量出沿载体坐标系三轴的运载体的角速度和线加速度，计算机实时计算出姿态矩阵，通过姿态矩阵把加速度计测量的载体坐标系的轴向加速度信息变换到导航坐标系。捷联惯性导航原理框图如图１所示。加速度计Ｈ姿态矩阵Ｈ导航计算卜．一载体位置速度陀螺仪Ｈ姿态矩阵计算姿态角计算卜载体姿态角图１捷联惯性导航原理框图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅ３捷联惯性导航姿态解算的基本算法捷联惯性导航的姿态解算主要是完成坐标系的变换。即将运载体相对于载体坐标系下测得的加速度和角速率转换到导航坐标系下，同时计算出运载体的姿态、速度和位置。常用的算法有欧拉角法、方向余弦法和四元数法。由于欧拉角法求解时，方程中存在奇点，所以不能用于全姿态飞行器上。方向余弦法虽然可以全姿态解算，但是由于计算量大，所有也不能用于飞行器姿态实时解算。现在常用的方法是四元数法，由于其计算无奇点，计算量小，所以常用于飞行器实时解算。１９５８光学精密工程第１６卷３．１四元数法四元数（四维数）的概念是１８４３年由哈密顿首先提出的，他是代数学中的内容之一。近些年来，随着控制理论、惯性技术、计算技术，特别是捷联惯性导航技术的发展，为了更简便地描述刚体的角运动，设计控制系统，人们采用了四元数这个数学工具，用它来描述刚体角运动的３个欧拉角参数在设计控制系统时的不足∞］。四元数是指由１个实数单位Ａ和３个虚数单位Ｐ，、Ｐ。、Ｐ。组成的数，表示为：ｇ—Ａ＋Ｐｚｉ＋ＰｚＪ『＋Ｐ。足。其中ｉ，Ｊ『，七为３个虚数单位，也可以看成是三维空间的单位矢量。３．２基于四元数法的姿态解算算法‘４。８３（１）在捷联惯性导航中，初始四元数确定计算如下：ｃＯｓ譬ｃＯｓ鲁ｃＯｓ警＋ｓｉｎ譬ｓｉｎ鲁ｓｉｎ警匿ｃＯｓ警ｃＯｓ鲁ｓｉｎ警一ｓｉｎ譬ｓｉｎ鲁ｃＯｓ等ｃｏｓ譬ｓ·’ｎｉｏｏｃｏｓ警＋ｓｉｎ警ｃｏｓ譬ｓｉｎ等ｓｉｎ譬ＣＯｓ鲁ｃＯｓ誓一ｃＯｓ譬ｓｉｎ鲁ｓｉｎ警（１）式中，Ａ、Ｐ．、Ｐ２、Ｐ。为四元数；Ａ。、Ｐ１（ｏ）、Ｐ：（０）、Ｐ。（ｏ）为初始四元数；瓯、幽、托为初始姿态角。（２）四元数微分方程的四阶龙格一库塔数值解法如下：ＫＩｏ—ｉ１［一（ｕ。（ｆ）Ｐ１（ｆ）一哟（ｆ）Ｐ２（ｆ）一叫：（ｆ）Ｐ３（￡）］Ｋｌｌ＝百１［∽（￡）Ａ（ｆ）＋叫＝（ｆ）Ｐ２（￡）一叫。（ｆ）Ｐ｛（ｆ）］Ｋ１２＝ｉ１［吣（ｆ）Ａ（ｆ）～叫：（ｆ）Ｐｌ（ｆ）＋∽（ｆ）Ｐ｛（ｆ）］Ｋ１３＝百１［∽（ｆ）Ａ（ｆ）＋吣（ｆ）Ｐｌ（ｆ）一∽（ｆ）Ｐ２（ｆ）］ｒ９、Ａ。一Ａ（￡）＋鉴＃Ａ。一Ｐ．（￡）＋鉴＃（３）Ａ。一Ｐ。（｝）＋丝粤Ａ。一Ｐｍ）＋掣万 方数据‰÷［一叫√ｆ＋号）Ａ，一山，（ｆ＋丢）Ａ：（ｆ）一叫：（件詈）Ａ。（￡）］％÷［∽（ｆ＋手）Ａ，，＋Ⅲ：（计手）Ａ。（ｆ）一叫，（ｆ＋等）Ａ。（ｆ）］％÷［甜，（，＋手）一。一叫：（，Ｔ等）月，（，）＋甜。（，＋等）４。（，）］阮专［叫ｍ＋吾地，＋吣（件等）Ａｍ）一叭（件等）Ａ：（ｆ）］（４）Ｂｏ刊卅等Ｂ１＿Ｐ１（卅等Ｂ２＿Ｐ２（卅等（５）Ｂａ＝Ｐ＝；㈤＋等Ｋ。。＝可１［一叫√ｆ＋等）Ｂ。一叫，（升号）Ｂ。（ｆ）一叫：（件号）Ｂ。（ｆ）］Ｋ。。＝÷［∽（，＋吾）Ｂ。，＋甜：（｝＋号）Ｂ：（ｒ）一甜，（ｆ＋吾）Ｂ。（ｆ）］托：＝丁１［叫沁＋号）Ｂｆ，一甜ｍ＋号）Ｂ】（ｆ）＋∽（ｆ＋号）疡（ｆ）］尥。＝Ｔ１［埘ｍ＋号）ＢｆＪ＋哟（ｆ＋等）Ｂ１（ｆ）一∽（件丢）Ｂ：（ｆ）］（６）ｆＣｔ，一Ａ（￡）＋Ｋ。ｃ，丁ＪＣｌ—Ｐ“幻＋Ｋ引Ｔ（７）ｌＣ２一Ｐ２（ｔ）＋Ｋ２Ｔｌｃ。一Ｐ。（￡）＋Ｋ。。Ｔ虬。＝÷［一∽（，＋了１）ｃ：一蛳（ｚ＋丁）Ｇ（，）一甜＝（外丁）Ｇ（，）］‰＝÷‰（ｆ＋眦。＋“件丁）ｃ加）一％（汁丁）Ｃ３“）］Ｋ舵：｛［甜，（件丁）ｃ。，一（［Ｊ：（ｆ＋丁）ｃｌ（ｆ）＋∽（ｆ＋丁）ｃ。（，）］’Ｋ。。＝虿１㈧ｆ＋丁）ｃ。＋啪（ｆ＋丁）啪）一。（升丁）ｃ２（ｆ）］（８）Ａ（￡＋ｌ、）一Ａ（ｆ）＋÷（Ｋｌ。＋２Ｋ２。，＋２Ｋ＝｛（）＋Ｋ¨）Ｐ。（ｆ＋Ｔ）一Ｐ。（ｆ）＋÷（Ｋｌｌ＋２Ｋ２１＋２Ｋ３ｌ＋Ｋ。，）Ｐ２（￡＋Ｔ）一Ｐ２（￡）＋÷（Ｋｌｂ２＋２Ｋ２２＋２Ｋ３２＋Ｋ；２）Ｐ。（ｆ＋Ｔ）一Ｐ。（￡）＋÷（Ｋ，。＋２Ｋｂ２３＋２Ｋ。。＋Ｋ。。）第１０期杜海龙，等：捷联惯导系统姿态解算模块的实现ＦＴｌｌＴ１式中～，（ｆ）为３８轴行时刻角速度；叫。（ｔ）为ｙ轴”时刻角速度；叫：（ｔ）为２轴”时刻角速度。叫。（ｔ＋ＴＴ１３］７’３３Ｃ鼍一ｌ１、ｚ１Ｔ２２，ｌｌ，（１１）÷）为Ｔ轴”时刻与”＋１时刻角速度的中值；叫。『瓦。臼一Ｔ｛。Ｔ；。Ｊ（１２）Ｔ式中，ｂ表示弹体坐标系，Ｅ表示导航坐标系。（４）飞行姿态角的计算如下：ａｒｃｓｉｎ（Ｔｌ３（卵）），（￡＋ｉ１）为ｙ轴，２时刻与”＋１时刻角速度的中Ｔ值；叫：（￡＋÷）为之轴”时刻与”＋１时刻角速度式中，０为俯仰角。的中值。∽（ｆ＋Ｔ）为ｚ轴”４－ｌ时刻角速度；叫，（￡＋Ｔ）为ｙ轴，ｚ＋１时刻角速度；叫：（￡＋Ｔ）为２轴钾＋ｌ时刻角速度。（３）姿态矩阵的计算如下：阱＋薪一霞一篇式中，函为偏航角。２晒鹿柏众）芹＋程一荔一篇２铂Ｐ。－－ＡＡ）］２（忽Ａ斗ＡＡ）ｌ，芹＋痨一西一鹾Ｊ（１０）卿ｒｃｔａｎ（黑），一ｒｃｔａｎ（搿），Ｔ２一”Ｔ１，（１３）（１４）式中，），为滚转角。（５）飞行速度、位置的计算如下：（１５）Ｑ—ｌ２（向忽一Ａ）２（ＡＡ—ｈＡ）２（ＡＡ—向）式中，１１．为采样周期；Ｔ：导航计算周期。简易表示为：陬２＋Ｐｉ—Ｐｉ—Ｐｉ２（Ｐｌ户２－－２ｐ。）Ａ２（Ｐ１Ｐ２＋２ｐ；）△∞２＋Ｐ；一户；一ｐ；２（Ｐ２Ｐ：｛一Ａｐｌ）Ｌ２（Ｐ·ｐ。＋Ａｐ２）∞趣印旷时㈠趣ｍ一△∞（１６），，疰△∞式中，叫。为惯性器件的数字输出信号。速度计算：４系统设计与分析捷联惯性导航系统由数据采集模块、姿态解∑幽彬（ｊ）∑△叫业（Ｊ）∑△毗（ｊ）汁靴，（１７）算模块、通信模块、电源模块和数据存储模块等组成‘“，其结构框图如图２所示。鹾ｋ㈦憧置司ｌ叫Ｉ川“ｋ一㈦∥十Ｔ＝｝ｊ＋嘲∑∑△∽Ｆ（ｊ）一寺∑△∽Ｆ（ｊ）∑∑△∞妒（ｊ）一寺∑△叫。。（ｊ）∑∑△叫出（ｊ）一寺∑△∞：，（ｊ）Ｆｉｇ．２图２捷联惯性导航系统结构框图Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒｔｏｆｓｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅ（１８）万方数据 光学精密工程第１６卷４．１姿态解算模块的功能４．１．１模块的启动和自检测模块启动后，各部分的工作是否正常，要通过自检测程序加以检测，其中包括电源、惯性仪表和串行口等。４．１．２系统初始化系统初始化包括３项任务：（１）给定运载体的初始位置和初始姿态值；（２）在捷联惯性导航系统中，初始对准，确定姿态矩阵的初始值；（３）惯性仪表校正，输入运载体上惯性仪表标定系数，并将陀螺、加速度计的标定系数及补偿系数读入计算机，这是提高系统精度的重要保证。４．１．３惯性仪表的误差补偿为提高系统精度，首先对读人的数据进行中值滤波，然后对惯性仪表的误差进行补偿，计算机内通过软件实现误差补偿。４．１．４姿态矩阵计算姿态矩阵计算是捷联惯性导航算法中最重要的一部分，也是捷联系统所特有的。４．１．５导航计算导航计算就是把惯性测量装置测得的载体坐标系下的量值，变换到导航坐标系中，然后计算出运载体的姿态、速度和位置等导航所需要的信息。４．１．６导航和控制计算导航计算指的是按照导航规律算出控制运载体运动的控制指令；控制计算就是根据稳定控制系统设计所需要的控制算法，形成控制信号。４．２姿态解算模块的硬件电路设计姿态解算模块是捷联惯性导航系统的核心模块，其功能是将测得的载体坐标系下的加速度和图３姿态解算模块结构框图Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒｔｏｆａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｍｏｄｕｌｅ万 方数据角速度信息，变换到导航坐标系下，并计算出运载体的姿态、速度和位置信息，用于导航，其结构框图如图３所示。其中，ＤＳＰ完成姿态解算的运算部分，ＦＩ．ＡＳＨ完成程序的存储，ＥＥＰＲＯＭ内部存放运载体的初始姿态和位置，状态显示部分完成系统自检及初始化的显示。４．３捷联惯性导航姿态解算模块时间分配根据姿态解算模块的功能，将其工作过程分为数据读入、数据解码、姿态解算、数据编码和数据输出，时间构成如表ｌ所示。表１姿态解算模块时间构成（单位：ｍｓ）Ｔｉｍｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ（Ｕｎｉｔ：ｍｓ）数据读入时间：（１９Ｂｙｔｅ×９ｂｉｔ／Ｂｙｔｅ）／３８４００ｂｉｔｓ／ｓ≈４．５ｍｓ，数据输出时间：（３６Ｂｙｔｅ×９ｂｉｔ／Ｂｙｔｅ）／１．５Ｍｂｉｔ／ｓ≈０．３ｍｓ．４．４捷联惯性导航姿态解算软件设计根据姿态解算模块的功能跏，设计了姿态解算的软件，流程图如图４所示。图４姿态解算流程图Ｆｉｇ．４ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍＴａｂ．１第１０期杜海龙，等：捷联惯导系统姿态解算模块的实现令整个解算运行１２０ｓ，并计算解算的次数，５实验过程、结果及误差分析然后用所得到的时间除以循环次数，求得每次姿态解算所用时间。５．１求姿态解算的最大相对误差及解算时间５．２姿态解算的结果及误差分析设置时间问隔为０．０１Ｓ，角速度分别为（１）增量角为５。，Ｔ一０．０１Ｓ，叫一５００。／ｓ，如５００。／ｓ和５０。／ｓ，并计算相对误差，然后输出整个表２所示。计算过程中的最大误差，从而得到解算过程中的（２）增量角为０．５。，Ｔ一０．０１ｓ，叫一５０。／ｓ，如最大误差。表３所示。表２△＝５。姿态解算结果Ｔａｂ．２Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｓ△一５。表３△＝０．５。姿态解算结果Ｔａｂ．３ＲｅｓｕｌｔｓｏｆａｔｔｉｔｕｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍＡ一０．５。其中：Ｔ为采样时间间隔，∞为旋转角速率。解算的实现方法。实验结果表明，四阶龙格一库塔通过数据对比，可以看出，提高计算阶数和减法进行姿态解算，误差ｄ０．００５３％，能够满足捷小解算步长，都可以减小解算误差。提高解算阶联惯性导航系统的精度要求；应用数，增加了相应的解算时间；减小步长，需要提高ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３Ｂ进行硬件电路设计，每次解算时数据的采样频率。间＜３６“ｓ，能够满足捷联惯性导航的实时性要求。提高计算阶数和提高采样频率，可以减小误６结论差，但是增加了ＤＳＰ的计算量，必须选择更高主频的ＤＳＰ，增加了成本。本文提出了一种捷联惯性导航系统的姿态参考文献：［１］陆元九．惯性器件［Ｍ］．北京：中国宇航出版社，１９９０．Ｉ。ｕＹＪ．ＩｎｅｒｔｉａｌＤｅｖｉｃｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｒｅｓｓ，１９９０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２３ＳＰＲＳ２４９Ｂ．ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＢＦｌｏａｔｉｎｇ—ｐｏｉｎｔＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ［Ｇ］．ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００６．［３］邓正隆．惯性技术［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，２００６．ＤＥＮＧＺＨＩ．．Ｉｎｅｒｔｉａｌ孔（ｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｈａｒｂｉｎ：ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｅｓｓ，２００６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）Ｅ４３于本水．防空导弹总体设计［Ｍ］．北京：中国宇航出版社，１９８２．ＹＵＢＳＨ．ＯｖｅｒａｌｌＤｅｓｉｇｎｏＪ、Ａｎｔｉ—ａｉｒｃｒａＪ、ｔＭｉｓｓｉｌｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｒｅｓｓ，１９８２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］王玫。张炎华．捷联惯性导航的工程实现［Ｊ］．哈尔滨商业大学学报，２００５，２１（４）：４７０—４７４．ＷＡＮＧＭ，ＺＨＡＮＧＹＨ．Ｓｔｕｄｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｐｄｏｗｎｉｎｅｒｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ０，万 方数据１９６２光学精密工程第１６卷ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔＹ０ｒＣＯｌ７１Ｄ！ＰＦ（Ｐ（ＮａｔｕｒａｌＳ（、ｉｅｍ‘Ｐ＾Ｅｄｉｔｉｏｎ），２００５，２１（４）：４７０—４７４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［６］赵峰，袁东风，张海霞，等．多ＤＳＰ图像压缩实时并行处理系统［Ｊ］．光学精密工程，２００７，１５（９）：１４５１－１４５５．ＺＨＡ（）Ｆ，ＹＵＡＮＤＦ．ＺＨＡＮＧＨＸ，ｅｌａ１．．Ｍｕｌｔｉ—ＤＳＰｒｅａｌ—ｔｉｍｅｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｍａｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｐｔ．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ［７］Ｅｎｇ．，２００７，１５（９）：１４５１１４５５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）崔中兴．惯性导航系统［Ｍ］．北京：国防工业出版礼，１９８２．ＣＵＩＺＨｘ．ＩｎｅｒｔｉａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ［Ｍ］．Ｂｃｉｊｉｎｇ：ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｓｅＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，ｌ９８２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）４（３）：４９０４９１．［８］翟林培，刘明，修吉宏．考虑飞机姿态角时倾斜航空相机像移速度计算［Ｊ］．光学精密工程，２００６，１ＺＡＩＩ．Ｐ，ＩＡＵＭ，ＸＩＵＪＨ．ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｉｍａｇｅｍｏｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇａｉｒｐｌａｎｅＥｎｇ．，２００６，１４（３）：４９０—４９４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ｇｅｓｔｕｒｅａｎｇｌｅｉｎｏｂｌｉｑｕｅａｅｒｉａｌｃａｍｅｒａＥＪ］．Ｏｐｔ．Ｐｒ“ｉｓｉｏｎ［９］张鹏飞，汤建勋．龙兴武．基于ＤＳＩ，的捷联惯导计算机系统的设计与开发［Ｊ］．计算机工程，２００７，３３（２）：２４４ＺＨＡＮＧＰＦ，ＴＡＮＧｊＸ，Ｉ，（）ＮＧｆｏｒＸ２４８．ＤＳＰＷ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｃｏｍｐｕｔｅｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄＣｈｉｎｅｓｅ）ＳＩＮＳ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｌ４ｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３３（２）：２４４—２４８．（ｉｎ［ｉｏ］刘延斌，许晖，徐长吉，等．四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用［Ｊ］．光学精密工程，２００４，１２（２）：１３６１４０．Ｉ。ＩＵＹＢ，ＸＵＨ，ＸＵＣＨＪ，ｅｌａ１．．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｑｕａｔｅｒｎｉｏｎｍａｔｒｉｘｉｎｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｓｐａｃｅｃａｍｅｒａｉｍＥｎｇ．，２００４，１２（２）：１３６１４０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ａｇｅｐｌａｎｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｐｔ．ＰｒＰ（ｉｓｉｏｎ作者简介：杜海龙（１９８３一），男，博＝［＿＝研究生，主要从事数字信号处理方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｈｌｍａｏ＠１２６．ｃｏｍ导师简介：贾宏光（１９７１一），男，研究员，博上生导师，主要从事数字信号处理及精密机械方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｈｇ＠Ｃｏｍｐ．ａｃ．ｃｎ●下期预告基于空间编码投影法测量三维大物体面形刘晨，金施群，费业泰，唐黎莺，姜晨（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥２３０００９）三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键技术。在图像控制点约束的基础上，提出了一种实现三维图像拼接的新方法，即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面，然后用ＣＣＩ）在不同视角拍摄不同视场中的物体，利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准，采用四元组法求取坐标转换矩阵，从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量。实验结果表明：基于空问编码的图像拼接新方法，可以实现大尺度三维面形的测量，拼接数据相对误差＜ｏ．８％。万方数据 捷联惯导系统姿态解算模块的实现
作者：作者单位：
杜海龙， 张荣辉， 刘平， 郑喜凤， 贾宏光， 马海涛， DU Hai-long， ZHANG Rong-hui， LIU Ping， ZHENG Xi-feng， JIA Hong-guang， MA Hai-tao
杜海龙,张荣辉,DU Hai-long,ZHANG Rong-hui(中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039)， 刘平,LIU Ping(大庆职业学院,黑龙江,大庆,163255)， 郑喜凤,贾宏光,ZHENG Xi-feng,JIA Hong-guang(中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033)， 马海涛,MA Hai-tao(吉林大学,通信工程学院,吉林,长春,130012;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033)
光学精密工程
OPTICS AND PRECISION ENGINEERING2008,16(10)1次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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