微惯性传感器及测量组合单元是随着MEMS技术发展起来的,但是元件精度低、稳定性差和误差积累快的缺点影响了它导航精度;用MEMS惯性系统与GPS组成组合导航系统,可以克服两者单独工作的缺点,提高导航精度和稳定性。本课题使用的MEMS惯性器件是荷兰Xsens公司生产的MTi微惯性航姿系统(测量组合系统)。利用卡尔曼滤波算法将MTi的输出数据和GPS的定位数据相融合,并用卡尔曼滤波器给出了MTi误差的最优估计值,保证了组导航系统的导航精度和抗干扰的能力。本课题的主要研究内容有:一.基于MTi微惯性航姿系统的工作原理,研究在无GPS的情况下MTi独立定姿的方法,由四元数误差方程设计了基于姿态角误差的卡尔曼滤波器,利用加速度计的输出判断MTi的运动状态,当MTi处于非加速运动状态时,用加速度计和磁强计解算出的姿态角作为观测值,实现在运动中补偿陀螺漂移,仿真证明该算法的有效性并分析了该算法的局限性。二.为了克服MTi独立导航的局限性,提出了利用GPS与MTi构成组合导航系统,利用卡尔曼滤波将MTi和GPS的数据相融合,分析和比较了各种卡尔曼滤波的组合方式,确定采用集中卡尔曼滤波的开环校正方案;设计了以MTi误差(平台失准角、速度误差、位置误差和误差源)为状态变量、以GPS的定位信息为观测值的卡尔曼滤波器,补偿陀螺和加速度计的漂移,估计和补偿导航系统的位置和速度误差,得到精确的位置和速度信息,达到精确导航的目的;用理论仿真证明了所选择的组合方案的可行性,也为后续进行的车载试验提供了理论基础。三.为了分析在实际情况下MTi/GPS组合导航系统的性能,本课题设计和实施了车载实验,采集MTi和GPS的数据并根据所选择的组合方式对系统进行了仿真实验,实验结果证明:利用GPS和MTi组合能达到完成高精度导航的目的。