惯性导航教学实验平台 INS-TP100

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设备与产品惯性导航教学实验平台

科学研究 - 惯性导航教学实验平台

中航恒拓 INS-TP100

类型

科学研究

最佳适用场景

一般高校

INS-TP100惯性导航教学实验平台是一款专为高校教学设计的双轴姿态模拟设备。平台采用铝合金哑黑氧化机身，内轴横滚、外轴俯仰，双电机驱动，定位精准。集成高精度IMU与可调振动干扰源，配备高性能主控，支持开源算法二次开发。配套上位机软件与5个核心实验课程，满足从原理教学到算法验证的全流程需求。

图片

参数（表格中显示）

一、惯性导航教学实验平台功能要求：
1、本设备应具备双轴姿态运动模拟能力（横滚轴与俯仰轴独立控制），能够为惯性导航教学提供高精度的动态姿态激励。设备需支持上位机软件实时下发角度、速度、加速度等运动指令，并能接收并解算IMU原始数据，运行姿态融合算法，实时输出3D姿态可视化结果。
2、设备应内置可调节的振动干扰源，用于模拟不同频率的机械振动环境，以验证滤波算法对噪声的抑制效果。提供完整的开源算法代码（包括姿态解算、滤波算法、电机控制等），支持用户进行二次开发和算法验证。配套实验课程体系应涵盖从传感器原理、误差分析、滤波设计到姿态融合的全流程教学内容，满足高校惯性导航及相关课程的实践教学需求。

二、惯性导航教学实验平台硬件规格参数要求：
1、外形尺寸：长×宽×高 ≤ 400mm × 360mm × 250mm，整机铝合金材质，表面哑黑氧化处理；
2、供电方式：DC 24V外接电源适配器，通讯接口：USB Type-C（用于上位机连接）；
3、转台结构：双轴（内轴横滚，外轴俯仰），每轴由2个步进电机 + 2个中空旋转平台驱动，减速比10:1；
4、转台精度：平行度 ≤ 0.01mm，同心度 ≤ 0.01mm；运动范围：横滚±180°，俯仰±90°；运动速度可调（支持慢、中、快速三档及以上）；
5、电机防护：每个电机配备铝合金防护罩；
6、电机类型：42步进闭环电机，采用FOC矢量控制，数量4个（横滚轴2个，俯仰轴2个）；
7、电机控制性能：力矩环、速度环、位置环三闭环控制；编码器分辨率 ≥16384线/圈；转速范围0.1~3000 RPM（可扩展至6000 RPM）；
8、电机通信与模式：支持TTL/RS485/CAN通信接口；支持绝对位置、相对位置、速度、力矩、脉冲等多种控制模式；
9、电机保护与显示：具备堵转保护、过/欠压警告、防反接保护；板载LCD显示屏实时显示运行信息；
10、主控芯片：STM32H743VIT6（或同级别高性能MCU），深度整合4路电机、IMU模块及振动电机的供电与通讯链路；
11、主控通讯：板载USB转串口电路，单根Type-C数据线与上位机通讯；支持≥200kHz超高频数据滤波与姿态解算；
12、主控功能：实时采集电机与传感器数据，即时响应上位机指令进行电机闭环控制；板载≥10个物理按键，可脱离上位机独立运行，触发姿态演示与震动控制；
13、IMU姿态精度：静态俯仰/横滚 ≤ 0.05° RMS，动态 ≤ 0.1° RMS；绝对航向精度（磁辅助）≤ 0.5° RMS；角度分辨率 ≤ 0.01°，重复性 ≤ 0.1°；
14、IMU传感器量程：加速度计 ≥ ±16g，陀螺仪 ≥ ±2000°/s（零偏稳定性 ≤ 10°/hr，典型值 ≤ 5°/hr），磁力计 ≥ ±1000µT；
15、IMU数据输出：数据频率 ≥ 400 Hz，导航数据频率 ≥ 200 Hz；通讯接口TTL串口，支持921600bps高速通信；
16、IMU安装与校准：通过4个减震球固定在横滚轴金属架上；加速度计、陀螺仪、磁力计全温区出厂校准（含零偏、刻度因子、正交性误差补偿）；
17、振动干扰模块：4个微型振动电机集成于IMU板子上，通过软件独立设置振动速度以调节频率，用于模拟机械振动环境，验证滤波算法抗振性能。

三、惯性导航教学实验平台软件功能要求：
1、上位机支持921600bps高速率串口通讯；
2、上位机具备3D姿态可视化功能，可实时显示平台的3D姿态模型；
3、支持多角度对比显示：同时显示“电机实时角度”“IMU模块内置解算角度”“单片机算法解算角度”；
4、支持横滚/俯仰角度、角速度、加速度的实时折线图显示，并支持缩放、暂停、读数功能；
5、支持运动序列配置：可自由组合≥20条运动指令，每条指令可独立设置目标角度、运动速度、加速度及指令间隔时间；
6、支持序列执行过程中的实时中断功能；
7、支持滤波前后加速度信号和角速度信号的对比显示；
8、支持动态调节振动电机频率，模拟不同噪声环境；
9、支持实时修改滤波器系数与姿态解算参数，无需重启；
10、支持将实时数据保存为txt或log格式，并支持导入上位机作图分析；
11、姿态解算算法要求提供完整的6轴姿态融合算法源代码（四元数更新、互补滤波等）；
12、低通滤波算法要求提供二阶巴特沃斯低通滤波器源代码，支持截止频率可调；
13、提供电机PID闭环控制算法源代码；
14、提供IMU模块数据解析代码及串口通信示例；
15、代码基于STM32H743（ARM Cortex-M7），提供Keil/IAR工程源码，代码注释完整，配有算法原理说明文档；
16、支持用户自行修改滤波参数、控制参数，适配不同实验场景。

四、惯性导航教学实验平台实验课程体系要求：
1、实验一：认识三轴加速度——重力矢量的“标尺”作用。理解加速度计测量的是“比力”而非运动加速度，掌握NED与机体坐标系定义，学会观察重力矢量在不同轴上的投影变化，建立从重力投影到俯仰/横滚角的直观物理联系；
2、实验二：角速度与积分——感知转动的快慢。理解角速度的物理意义，学会观察角速度曲线与转动的关系，验证角速度曲线面积即为转动角度，掌握动态姿态更新的底层逻辑；
3、实验三：认识误差与噪声——传感器的“缺陷”与互补之道。识别加速度计的高频白噪声和陀螺仪的零偏漂移，通过开启振动电机观察两种传感器对环境干扰的不同反应，理解为何需要互补融合算法；
4、实验四：巴特沃斯低通滤波——让加速度计学会“屏蔽震动”。掌握二阶巴特沃斯滤波器原理，通过调整截止频率观察滤波前后效果，理解信号平滑度与响应延迟之间的权衡；
5、实验五：MahonyAHRS姿态融合算法——优势互补的终极方案。理解四元数与PI控制器，掌握Mahony互补滤波算法，实现强震动环境下稳定无漂移的3D姿态解算。

主要功能概述

配套课程及实验

主要配套资源

市场价格

数量单位

推荐使用人数

添加日期

备注（自己可见，不展示在方案）

2026-04-02 18:50:06 12

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