城市地下管网是现代化城市的主要传输设备和重要的基础设施，对维持城市的正常运转和居民的正常生活有着极为重要的作用。随着时间的推移，部分老旧的管道受到自然环境的影响会产生腐蚀和形变，需要对老旧的管道进行更新。随着城市的建设与发展，也会面临新管道线路的设计与施工、新区管线规划、高层建筑的地基处理等问题。这些问题的处理都需要我们准确地掌握当前地下管线布置与施工的现状。而传统的管线管理模式中采用图纸和人工存档等方式存在以下几种缺点：首先，纸质图纸存放时间久了之后容易损坏；其次，纸质图纸在查找过程中比较繁琐；再次，纸质图纸修改起来耗时费力。如果能够对管道地理坐标进行数字化测量，就能充分利用计算机技术改变传统管线管理模式，助力智慧城市建设，对地下管网的建设和发展具有极为重要的意义。 

本文基于这种需求，设计和实现了一个简单的基于捷联惯性导航技术的位置坐标测量系统。系统由下位机和上位机两部分组成，通过对下位机嵌入式传感器部分的编程，实现了加速度计和陀螺仪设备的数据采集、数据传输以及数据显示功能。上位机可实现对串口的操作、下位机发送数据的接收、原始数据显示、解算数据显示、初始经纬度查询、运动轨迹绘制、实时传感器数据的波形图显示、数据的保存等功能。界面友好，可操作性强，有一定的实际使用价值。

系统中下位机的功能包括：下位机初始化、MPU6050传感器初始化，获得加速度计的原始数据值，得到陀螺仪传感器原始数据值。获取温度传感器原始数据值、发送加速度计与角速度计的测量值到串口、串口数据上传、程序运行指示灯、DMP姿态数据解算、解算数据的LCD屏幕显示。

系统中下位机的功能包括：探索者STM32开发板的初始化。六轴传感器MPU6050初始化惯性测量单元，得到加速度传感器的原始数据值，得到陀螺仪传感器的原始数据值。获取温度传感器原始数据值、将加速度计数据和陀螺仪数据发送到串口和串口数据上传。程序运行指示灯、DMP姿态数据解算、解算数据的LCD屏幕显示。

目  录

1 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2 惯性导航的发展过程 2

1.3 惯性传感器的发展趋势 2

1.4 国内外惯性导航发展现状 3

1.5 本文章节概述 3

2 惯性导航技术的原理 4

2.1 惯性导航的基本原理 4

2.2 惯性导航系统常用坐标系 6

2.3 惯性导航的解算方法与力学安排 7

2.3.1 系统的解算原理图 7

2.3.2 解算流程 8

3 系统开发环境 13

3.1 系统的硬件环境 13

3.1.1 硬件系统概述 13

3.1.2 MPU-6050基础介绍 14

3.1.3 下位机硬件设计 16

3.2 系统的软件环境 16

3.2.1 MDK5 简介 16

3.2.2 FlyMcu简介 17

3.2.3 Visual Studio 17

4 系统设计 18

4.1 总体设计 18

4.1.1 系统总体架构 18

4.1.2 下位机设计 20

4.1.3 上位机设计 20

4.2 详细设计 21

4.2.1 下位机设计 21

4.2.2 上位机设计 25

5 测试 42

5.1 测试目的 42

5.2 测试用例 42

5.3 系统测试 42

5.3.1 测试项目 42

5.3.2 测试方案 43

5.3.3 测试结果 44

5.4 误差分析 58

结论 60

参考文献 61

致谢 63

外文原文 64

中文翻译 72