基于低成本MEMS的SINSGPS组合导航算法研究的任务书.docx

基于低成本MEMS的SINSGPS组合导航算法研究的任务书
任务书
一、课题背景
众所周知，全球定位系统（GPS）是一种功能强大的导航和定位系统，成功已经被广泛应用在航空、航海、军事、交通、测绘、物流等领域。然而，由于种种原因，GPS系统也存在一些局限性。例如，GPS信号在城市峡谷或室内接收时会衰减，遇到强电磁干扰时表现不稳定，甚至容易被恶意破坏。为了克服这些问题，研究人员已经发展出了一种称为惯性导航系统（INS）的设备，它通过测量加速度和角速度来跟踪物体的位置、姿态和速度。但是INS存在漂移问题，精度下降得非常快，因此需要与其他系统（如GPS）组合使用，进一步提高导航精度。
在传统的组合导航系统中，通常使用惯性测量单元（IMU）和GPS接收机。然而，这种系统价格昂贵，适用性不高。而近年来，微电子机械系统（MEMS）技术的发展已经使得MEMSIMU的价格和体积都大为降低，也因此成为了广泛研究的对象。
本课题的研究目的是开发一种基于低成本MEMSIMU和GPS的组合导航算法，提高导航精度和可靠性，推动低成本导航技术的发展。
二、研究内容
1.设计MEMSIMU模块：选择合适的MEMS加速度计和陀螺仪，设计MEMSIMU模块的硬件和软件系统。
2.改进INS导航算法：基于MEMSIMU数据，将INS导航算法与GPS信息进行融合，降低漂移问题，提高导航精度。
3.搭建算法验证平台：利用真实场景数据，搭建MEMSIMU和GPS的组合导航算法验证平台，评估算法的准确性和鲁棒性。
三、研究方案
1.设计MEMSIMU模块：在市场上选择一款适合我们研究的MEMS加速度计和陀螺仪模块，并进行相关的接口设计和数据读取程序编写。选型依据：加速度计使用范围广、功耗低、精度高；陀螺仪稳健，品质好，精度较高，具有传感器的优越性和可靠性。
2.改进INS导航算法：主要研究惯性导航算法（界面观测、扩展卡尔曼滤波）与GPS数据的组合算法，以解决传感器漂移和信号状态瓶颈等问题。
3.搭建算法验证平台：在场地中搭建场景、采集数据，进行算法验证。
四、预期成果
1.MEMSIMU模块的硬件和软件设计完成，能够稳定读取加速度和角速度数据。
2.基于MEMSIMU和GPS数据的组合导航算法，相比传统方法具有更高的精度和鲁棒性。
3.算法验证平台搭建完成，数据验证结果表明，该算法在不同场景下都具有较高的导航精度和鲁棒性。
五、研究计划
本研究计划总时长两个学期，每学期分为三个阶段。
第一学期：
阶段一（前两周）：查阅文献，了解组合导航技术的发展历史和现状；熟悉MEMSIMU和GPS的基本知识。
阶段二（三周至七周）：设计MEMSIMU模块，完成其硬件和软件系统的开发。
阶段三（八周至十二周）：开展算法研究，改进INS导航算法，提高导航精度和可靠性。
第二学期：
阶段一（前两周）：整理数据，进行算法验证平台的搭建。
阶段二（三周至七周）：进行算法验证，根据验证结果对算法进行修正和改进，进一步提高导航精度和可靠性。
阶段三（八周至十二周）：撰写毕业论文和开题报告，准备答辩。
其中，每个阶段都需要完成相应的任务并提交阶段报告和实验数据。