文档介绍：摘 要
现代车辆对高精度、高可靠性导航系统的需求和要求都在日益增长，但是还没有一
种单独的导航系统可以真正实现对载体的高精度、高可靠性定位，因此组合导航便成为
了车载导航的主要发展方向，基于微惯性测量单元（MIMU）/超声多普勒里程仪（UDVL）
的组合系统能真正实现低成本、高精度导航，可以作为未来车辆导航的较为理想的模式。
本文的主要研究内容：
首先，详细分析了基于 MIMU 的捷联惯性导航系统和超声多普勒里程仪系统的工
作原理和误差模型，说明了两者进行组合的必要性。
其次，完成了系统初始对准的粗对准，并利用粗对准得到的初始姿态角通过姿态矩
阵的四元数更新法以及卡尔曼滤波，给出了姿态误差角的最优估计，完成了精对准。给
出了几种超声多普勒里程仪测频算法的仿真分析，通过仿真结果确定了超声多普勒里程
仪的实用测频算法。建立了基于 MIMU/UDVL 紧组合模式下的状态方程和量测方程，
设计了高精度的无迹卡尔曼滤波器来进行组合系统的数据融合。
再次，完成基于 DSP 的超声多普勒里程仪的硬件设计，包括超声换能器的设计，
发射和接收部分的设计，以及 DSP 外围电路的设计；在 CCS 开发环境下，完成了超声
波发射系统中 SPWM 波的软件设计，AD 采样的软件设计，并进行了测频算法的软件实
现。
最后，对基于 MIMU/UDVL 组合系统的初始对准算法进行了仿真验证，结果表明，
初始对准算法可以成功完成对准的任务，为组合系统的后续工作提供准确的初始条件；
对组合系统进行了卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的对比仿真，结果表
明，组合系统相比单一系统，导航精度有很大的提高，无迹卡尔曼可以以最好的性能来
完成组合系统的数据融合。
关键词：车载组合导航；微惯性测量单元；超声多普勒里程仪；无迹卡尔曼滤波
ABSTRACT
The needs and requirements of modern vehicles for high-reliability and high-precis
ion navigation system have been increasingly navigation system can har
dly meet such demand, so integrated navigation becomes the main development directi
on of vehicle integrated navigation based on MIMU (Micro- Inertial M
easurement Unit)/UDVL (Ultrasonic Doppler Velocity Log) can really realize low-cost,
high-precision navigation as a more ideal vehicle navigation system in the future.
The main research contents of this article are as follows:
Firstly, the thesis has a detailed analysis on the principle and error model of SINS
(Strap-down Inertial Navigation System) based on MIMU and UDVL, accounting for the
necessity of combining the SINS and UDVL.
Secondly, the initial coarse alignment is completed. The initial attitude angles obtained
from the initial coarse alignment are used to calculate the optimal estimation for attitude error
angles by quaternion update method and Kalman filtering, in order to carry out the fi