Inertial Navigation System TOOL BOX
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惯性导航工具箱
Inertial Navigation System
TOOLBOX
For Matlab
For Windows
用户手册
Inertial Navigation System TOOL BOX
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目 录
1.安装说明 ..............................................................................................................................3
2 指南...........................................................................................................................................4
1.介绍 ..................................................................................................................................4
航迹/飞行器动力学仿真........................................................................................5
导航用坐标系 .................................................................................................................6
简化的 3D 惯性导航...................................................................................................6
地球体-加速度漂移...................................................................................................7
旋转地球体-科氏漂移和加速度计漂移 .....................................................8
陀螺仪漂移.......................................................................................................................9
初始化速度误差..........................................................................................................12
初始化姿态角 ...............................................................................................................14
陀螺仪噪声.....................................................................................................................16
地球大圆轨迹产生与显示...................................................................................18
地球大圆轨迹的惯性导航...................................................................................19
游动方位角系统..........................................................................................................22
参考资料： ......................................................................................................................26
3. 参考......................................................................................................................................27
介 绍 ...................................................................................................................................27
bodupdat...................................................................................................................................30
coriolis......................................................................................................................................31
crafrate .....................................................................................................................................32
dcm2eulr ..................................................................................................................................33
dcm2llw....................................................................................................................................34
dcm2qua...................................................................................................................................35
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dcmelgen ..................................................................................................................................36
dcmnbgen.................................................................................................................................36
earthrot .....................................................................................................................................37
enu2xyz ....................................................................................................................................38
eulr2dcm ..................................................................................................................................38
eulr2qua....................................................................................................................................39
extrapol ....................................................................................................................................40
gendelcr....................................................................................................................................40
gendthet....................................................................................................................................41
gendv........................................................................................................................................42
gendvcor...................................................................................................................................42
gendverr ...................................................................................................................................43
gentherr ....................................................................................................................................44
genvelpr....................................................................................................................................45
gravity ......................................................................................................................................46
greatcir .....................................................................................................................................46
interpol .....................................................................................................................................47
lclevupd....................................................................................................................................48
llh2xyz......................................................................................................................................49
llw2dcm....................................................................................................................................50
navupdat...................................................................................................................................50
pathplot ....................................................................................................................................51
plotwrld ....................................................................................................................................52
progen ......................................................................................................................................52
propitch ....................................................................................................................................53
proroll.......................................................................................................................................54
prostrai .....................................................................................................................................55
proturn......................................................................................................................................56
qua2dcm...................................................................................................................................56
quamult ....................................................................................................................................57
quaupdat...................................................................................................................................58
radicurv ....................................................................................................................................58
skewsymm................................................................................................................................59
velupdat....................................................................................................................................60
xyz2enu ....................................................................................................................................61
xyz2llh......................................................................................................................................62
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1.安装说明
对 matlat5.x：
本手册附带的磁碟包含参考和应用文件。建议在目录 c:\matlat\toolbox 下新
建一个 ins 的子目录。然后将磁碟上所有内容拷贝到 ins 目录下。
要完成安装，将文件 pathdef.m 备份，然后编译文件，将 ins 子目录添加到
Matlab 路径下。这能让你在不改变当前目录的情况下访问 INS 工具箱。保存更
新过的 pathdef.m 以后，再启动 MATLAB 时，INS 工具箱就有效了。
因计算量大，使用旧的 CPU 会导致很多程序运行缓慢，所以建议使用
133MHZ 或更好的 CUP。
安装完成后，继续参阅指南部分。
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2 指南
1.介绍
在 20 世纪 50 年代，卫星导航正处于 发展初期，而惯性导航很快发展成熟起
来。随着陀螺仪和加速度计的发展，惯性引导下的远程导航开始在军事方面得到
广泛应用，并最终发展到民用航天领域。
惯性系统到今天仍在不断发展。捷联技术是惯性的最常见表现形式，小型惯性
测量元件是当今测量和发展的热门话题。卫星定位导航并不像之前人们所预测的
那样，将惯性取而代之，而是和其成为一个整体形成了一个更加实用的系统。这
也就是现今这里研究的的惯性导航系统。
对于任何一个学过中学物理的人，惯性定位的最基本概念都是很简单的。对加
速度求两次积分就可以得到位移。然而要真正让一个实际系统运作起来，事情就
远远不是那么简单了。即使有陀螺仪和加速计，用来处理真实测量数据的运算法
则并不能解决什么问题。
有一些很好的解释这些算法的文章（参见本指南末的资料部分）。但是，我们
不能仅仅通过书本中就获得对惯导的一个全面的认识。实际应用惯性仪器并处理
数据是个很好的途径，但是也存在问题。因为一般使用设备和处理大量数据会比
研究和练习公式耗费更多的时间。显然在台式电脑上模拟其过程（包括测试）就
很有用了。
该惯性导航系统工具箱（INS）就是专门为这个目的设计的。这个工具箱可以
用来模拟仿真载体动力学，处理原始测量值（加速计上的 delta-V 数据和陀螺仪
上的 delte-theta 数据）和数据。
需要注意，本工具书里 INS 为是捷联类型。
航迹/飞行器动力学仿真
首先我们先来看看一个简单的飞行路径和其相应的飞行动力学是如何模拟的。
