基于四元数算法的捷联惯性导航姿态更新与解算MATLAB实现

资 源 简 介

本项目利用捷螺惯性导航系统的陀螺仪与加速度计数据，通过四元数算法实时更新姿态矩阵并解算航向角、俯仰角、横滚角，涵盖四元数初始化、姿态更新与归一化处理，适用于高精度惯性导航仿真与算法验证。

详 情 说 明

基于四元数算法的捷联惯性导航姿态更新与解算系统

项目介绍

本项目是一个用于捷联惯性导航系统的姿态解算软件，通过处理陀螺仪和加速度计的原始测量数据，采用四元数算法实时计算载体的姿态更新矩阵，并最终解算出精确的航向角、俯仰角和横滚角。系统实现了从传感器数据输入到姿态角输出的完整解算流程，适用于需要连续、实时跟踪载体姿态的各种惯性导航应用场景。

功能特性

• 完整的姿态解算流程：包含四元数初始化、姿态更新、归一化处理以及姿态角转换。
• 实时姿态矩阵计算：基于四元数微分方程，利用陀螺仪角速度数据实时更新姿态。
• 多格式数据输入支持：可接收以度/秒或弧度/秒为单位的角速度数据，以及以重力加速度g或m/s²为单位的比力数据。
• 灵活的四元数初始化：支持通过初始姿态角进行四元数初始化，或使用其他方法确定初始姿态。
• 精度评估功能：提供姿态解算精度的评估指标，用于分析算法性能。
• 坐标变换：实现载体坐标系到导航坐标系的变换。

使用方法

1. 准备输入数据：确保拥有三轴陀螺仪角速度数据、三轴加速度计比力数据以及采样时间间隔。初始姿态角为可选输入项。
2. 运行主程序：执行主解算程序，系统将自动完成初始化及解算流程。
3. 获取输出结果：程序输出包括实时四元数参数、3×3方向余弦矩阵（姿态更新矩阵）以及解算出的横滚角、俯仰角和航向角。
4. 分析精度指标：查看系统提供的精度评估结果，以判断解算性能。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB (推荐 R2018a 或更高版本)
• 硬件要求：无特殊要求，但处理大量数据时建议拥有足够内存。

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能，包括读取传感器原始数据、进行必要的单位统一与预处理、根据输入选择或计算初始四元数、通过四阶龙格-库塔法求解四元数微分方程以更新姿态、对更新后的四元数进行归一化处理保障其规范性、将四元数转换为方向余弦矩阵、最后从方向余弦矩阵中解算出载体的横滚角、俯仰角和航向角，并计算相应的解算精度指标。