捷联惯性导航工具箱
    Inertial Navigation System
TOOLBOX
For Matlab
For Windows
用户手册
1.安装说明
对matlat5.x：
 
本手册附带的磁碟包含参考和应用文件。建议在目录c:\matlat\toolbox下新建一个ins的子目录。然后将磁碟上所有内容拷贝到ins目录下。
 
要完成安装，将文件pathdef.m备份，然后编译文件，将ins子目录添加到Matlab路径下。这能让你在不改变当前目录的情况下访问INS工具箱。保存更新过的pathdef.m以后，再启动MATLAB时，INS工具箱就有效了。
 
因计算量大，使用旧的CPU会导致很多程序运行缓慢，所以建议使用133MHZ或更好的CUP。
 
安装完成后，继续参阅指南部分。
2指南
1.介绍
  在20tool工具箱世纪50年代，卫星导航正处于发展初期，而惯性导航很快发展成熟起来。随着陀螺仪和加速度计的发展，惯性引导下的远程导航开始在军事方面得到广泛应用，并最终发展到民用航天领域。
  惯性系统到今天仍在不断发展。捷联技术是惯性的最常见表现形式，小型惯性测量元件是当今测量和发展的热门话题。卫星定位导航并不像之前人们所预测的那样，将惯性取而代之，而是和其成为一个整体形成了一个更加实用的系统。这也就是现今这里研究的的惯性导航系统。
  对于任何一个学过中学物理的人，惯性定位的最基本概念都是很简单的。对加速度求两次积分就可以得到位移。然而要真正让一个实际系统运作起来，事情就远远不是那么简单了。即使有陀螺仪和加速计，用来处理真实测量数据的运算法则并不能解决什么问题。
  有一些很好的解释这些算法的文章（参见本指南末的资料部分）。但是，我们不能仅仅通过书本中就获得对惯导的一个全面的认识。实际应用惯性仪器并处理数据是个很好的途径，但是也存在问题。因为一般使用设备和处理大量数据会比研究和练习公式耗费更多的时间。显然在台式电脑上模拟其过程（包括测试）就很有用了。
  该惯性导航系统工具箱（INS）就是专门为这个目的设计的。这个工具箱可以用来模拟仿真载体动力学，处理原始测量值（加速计上的delta-V数据和陀螺仪上的delte-theta数据）和数据。
  需要注意，本工具书里INS为是捷联类型。
航迹/飞行器动力学仿真
首先我们先来看看一个简单的飞行路径和其相应的飞行动力学是如何模拟的。
上图是演示程序insdem01产生的,称为产生一条飞行轨迹的progen功能，能同时产生位置、速度、加速度和物体角度。你可以运行m文件dem01plt来看相应产生的速度、加速度和欧拉角曲线。使用progen可以指定直线、爬升、降落和转弯部分。该功能默认了一个坐标系为x轴：东；y轴：北；z轴：上。即为ENU。
导航用坐标系
先要指出INS工具箱中用到的一些不同的系统。
  惯性坐标系——Inertial Frame(I-frame)
  惯性坐标系是一个以地心为坐标原点，北极轴线方向为z轴的笛卡儿坐标系。x轴和y轴位于赤道平面。但是它们并不旋转，而是依据太阳和星系来定位。在某些书里惯性坐标系就简单的以字母“i”来表示。
  地球坐标系——Earth Frame(E-frame)
  地球坐标系原点为地球中心，x轴穿过地心及赤道和零子午线的交点，z轴指向北极。在某些书里地球坐标系以字母“e”表示。
载体坐标系——Body Frame（b系）
载体坐标系原点为载体之质心，X轴指向载体前端，Y轴沿载体的纵轴方向，Z轴指向载体纵轴的右侧。绕这些轴正转会分别产生正滚动、俯仰和偏航。
导航坐标系——Navigation Frame（n系）
导航坐标系是以载体为中心的笛卡儿坐标系，但并不固定在载体内。x轴和y轴通常在本地飞机里，z轴沿本地垂直方向。x轴和y轴的确切方向取决于要求的惯性机械运算法则。在north-slaved一例中，x轴指北，y轴指东。通常称此为东北下（NED）。另外，注意载体坐标系有时记为nav-frame，有些文章里记为‘N’或‘n’。
本地坐标系——Local-Level Frame（L系）
  本地系和导航系基本相同，只是导航系指北东地，而本地系指东北天。有时记为ENU。另外，注意本地系有时简记为‘L’或‘l’。
简化的3D惯性导航
  回顾一下，我们要对飞行轨迹做一个简单的INS仿真演示。第一步是用该轨迹产生系列的加速度计信号（delta-V's）和一系列陀螺仪信号(delta-theta's)。一旦数据产生后，惯性处理法则就可以应用了。（参见演示程序insdemo02）
  为了开始简单点，我们可以假设地球是平的且不自转。另外还要忽略重力（注意：在之后的仿真中会再来考虑这些因素的）。加速计和陀螺仪只测量主体（如飞行器载体）运动。g
endv和gendthet用来分别产生delta-V和delta-theta数据。