MATLAB高精度惯性导航系统解算与误差分析工具包

资 源 简 介

基于MATLAB的惯性导航系统解决方案，实现IMU数据的高精度姿态解算（四元数/欧拉角转换）、位置/速度机械编排算法。集成卡尔曼滤波器进行误差补偿，适用于无人机、机器人等平台的惯性导航仿真与数据处理。

详 情 说 明

惯性导航系统高精度解算与误差分析程序

项目介绍

本项目是一个基于惯性测量单元（IMU）数据的高精度导航解算与误差分析软件。通过实现完整的惯性导航机械编排算法，结合扩展卡尔曼滤波技术，能够从陀螺仪和加速度计原始数据中精确计算载体的位置、速度和姿态信息。程序提供了完整的误差分析和可视化功能，适用于惯性导航系统的性能评估和算法验证。

功能特性

• 高精度姿态解算：采用四元数法进行姿态更新，支持四元数与欧拉角的相互转换
• 完整的机械编排算法：实现位置和速度的惯性导航解算，涵盖坐标系转换和重力补偿
• 智能误差补偿：集成扩展卡尔曼滤波器（EKF），对传感器零偏、刻度因子误差等进行实时补偿
• 多格式数据支持：兼容多种IMU数据格式，提供标准化数据预处理接口
• 全面误差分析：内置test_error模块，提供位置误差统计、速度误差曲线、姿态误差分布等分析功能
• 丰富的可视化：生成轨迹对比图、误差时序图、三维运动轨迹动画等多种结果展示

使用方法

输入参数配置

1. IMU原始数据：三轴陀螺仪角速率（单位：rad/s），三轴加速度计数据（单位：m/s²）
2. 传感器标定参数：陀螺仪零偏、加速度计零偏、刻度因子误差等
3. 初始条件：初始位置（经纬度/高程）、初始速度、初始姿态角
4. 采样参数：数据采样频率，解算时间区间

运行流程

1. 准备IMU数据文件和参数配置文件
2. 运行主程序启动导航解算
3. 程序自动完成数据读取、预处理、导航解算和误差分析
4. 查看生成的导航结果和误差分析报告
5. 获取可视化图表和性能评估结果

输出结果

• 导航结果：实时位置坐标（经纬度、高程）、三维速度矢量、姿态角（滚转/俯仰/偏航）
• 误差分析：位置误差统计、速度误差曲线、姿态误差分布
• 性能指标：导航精度评估报告、误差收敛特性分析
• 可视化结果：轨迹对比图、误差时序图、三维运动轨迹动画

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 运行环境：MATLAB R2018b或更高版本
• 内存要求：不少于4GB RAM（根据数据量大小调整）
• 磁盘空间：不少于1GB可用空间

文件说明

主程序文件实现了整个惯性导航解算系统的核心功能，包括数据输入接口的初始化、传感器参数的加载与配置、IMU原始数据的标准化预处理、基于四元数的姿态解算算法执行、位置与速度的机械编排计算流程、扩展卡尔曼滤波器的构建与误差估计过程、导航结果的输出与保存管理，以及误差分析模块的调用和可视化图形的生成。该文件作为系统的主要入口，协调各个功能模块的协同工作，确保导航解算过程的完整性和准确性。