一种改进的扩展旋转矢量姿态算法

在分析扩展旋转矢量姿态算法的基础上,基于典型圆锥运动理论以及迭代算法的思想推导了一种面向四子样的改进扩展旋转矢量优化算法.给出了较为详细的算法推导过程和具体公式.为检验改进算法的有效性,先后采用传统的四元数法、扩展旋转矢量法以及改进算法,对载体的典型圆锥运动进行了计算机仿真研究.结果表明,该优化算法不仅改变了捷联惯性导航系统中陀螺子样的利用方式,而且提高了系统旋转矢量的计算精度以及姿态算法的实时性.     

一种改进的高动态SINS姿态更新算法

为了提高捷联惯导姿态解算的精度,介绍了捷联惯导姿态更新的流程及常用方法,并提出了一种改进的等效旋转矢量姿态解算算法。对改进算法的姿态解算算法在低动态条件和高动态条件下分别进行了仿真实验,结果表明改进算法在低动态条件下的姿态解算精度和毕卡四元数法相当,在高动态条件下的姿态解算精度远高于传统毕卡四元数法。     

高动态载体的捷联航姿算法仿真研究

在总结旋转四元数方法和旋转矢量三子样优化算法的基础上,以高动态栽体为对象,将2种航姿算法在Matlab环境下进行了仿真对比.仿真结果表明,在典型圆锥运动下,旋转四元数方法没有补偿不可交换误差,解算精度较低.旋转矢量优化算法在高动态栽体的航姿解算中的姿态描述是有效和适用的.     

基于四元数法的反辐射武器飞行仿真研究

在开发反辐射武器攻击目标的三维飞行仿真系统中或分析处理三维运动数据时,针对传统的运动姿态旋转方法存在计算繁琐、旋转不均匀性及平衡环锁定等局限问题,采用四元数法可以避免这些局限,并且几何意义明确,计算简单。因此,提出在飞行仿真系统中利用四元数法来实现反辐射武器的运动姿态及飞行速度矢量的旋转,在飞行仿真试验中实现了飞行轨迹变化光滑连续的合理效果,仿真结果表明四元数法简化了矢量旋转计算模型,优化了解算性能,能够很好地应用于反辐射武器飞行仿真试验中。     

Rodrigues参数与四元数间的关系分析

介绍了Rodrigues参数,从投影的角度,详细阐述了四元数与经典Rodrigues参数及改进型Rodrigues参数的关系,推导了Rodrigues参数微分方程以及与姿态阵的关系,建立了等效旋转时避免奇异值出现的方法.以典型圆锥运动为背景,对以Rodrigues参数描述的导弹捷联姿态算法和以四元数描述的姿态算法在计算量和计算精度上做了详细的比较.     

一种捷联惯导系统姿态测量新算法的应用研究

为改进捷联惯导系统姿态矩阵的解算、实时计算等问题,本文引入四元数三阶泰勒展开递推式作为捷联惯导系统的姿态更新算法,着重解决了使用三阶泰勒展开递推式进行姿态计算的方法,并对某陆地捷联惯导系统的量测数据,用C语言进行了相应的仿真.本文的工作为改进捷联惯导系统算法提供了参考依据.     

一种改进的捷联惯导系统优化算法

在应用旋转矢量的捷联惯导系统姿态解算中,针对圆锥误差提出了一种利用前M个周期输出的N子样通用补偿算法,通过对偶得到相应的划船误差补偿算法,算法的系数可由矩阵的简单计算获得,无需繁琐推导.通过理论分析和仿真验证,这种算法在不提高采样率前提下完成误差补偿,对提高惯性系统精度颇有帮助.     

舰载捷联惯导动基座 F-QUEST 初始对准方法

针对目前基于惯性系的捷联惯导动基座对准方法信息利用率不高及矢量观测选取不确定性导致对准精度下降的问题,提出了一种新的舰载捷联惯导动基座滤波四元数估计（filter quaternion estimation,F-QUEST）对准方法。构建了捷联惯导动基座初始对准模型,并利用姿态矩阵链式法则将惯导初始对准转化为姿态确定问题,进而采用 F-QUEST 算法求取姿态矩阵以实现捷联惯导动基座对准。车载试验结果表明：相比传统方法,新方法具有更高的对准精度和更快的收敛速度,水平姿态角误差只需3 s 即可收敛到0．01°。     

单轴旋转航位推算系统姿态误差补偿方法

针对水下载体在航行过程中由于旋转引起导航定位误差问题,对旋转航位推算导航系统进行误差分析,采用姿态四元数法推导了姿态误差方程,并提出将加速度计信号周期性变化提取的姿态角作为量测的姿态误差补偿方法,利用Sage-Husa自适应滤波器估计姿态误差并进行补偿,从而抑制陀螺漂移的影响.通过不同路径下的仿真研究,表明该算法能够提高单轴旋转航位推算系统姿态解算精度,在400 s时,姿态角精度可提高40％以上,定位精度提高49％.     

螺旋矢量微分方程的推证

介绍了捷联惯导算法中的螺旋矢量算法,推导了螺旋矢量与姿态位置对偶四元数的数学关系,并在此基础上进一步推导证明了螺旋矢量微分方程.结果表明,螺旋矢量微分方程与旋转矢量微分方程具有形式上的一致性.     

基于磁强计和光纤陀螺的小卫星姿态确定非线性滤波算法

提出了一种小卫星姿态确定的非线性滤波算法,该算法利用三轴磁强计和光纤陀螺作为姿态敏感器。在非线性滤波器的设计中,从两个方面对平方根sigma点卡尔曼滤波方法进行改进。第一,把姿态四元数的矢量部分、光纤陀螺的漂移和噪声组合,得到滤波器的增广状态向量;第二,分别建立向量旋转模型、最优化模型和误差四元数乘法模型来确保非线性滤波过程中四元数的归一化约束。仿真分析结果表明,本文提出的非线性滤波算法能够有效地提高小卫星的定姿性能,与扩展卡尔曼滤波相比,具有较高的精度、稳定性和较快的收敛速度;与无迹卡尔曼滤波相比,收敛性相当,但是精度略优,稳定性和计算效率较高。     

高精度惯测组合标定误差分析

惯性测量组合(IMU)标定误差分析对于惯性导航系统性能评估、误差分配和器件设备选型具有重要意义,但目前关于高精度IMU标定误差的定量讨论很少。借助四元数旋转矢量理论建立了转台轴正交度误差和转角控制误差模型,结合IMU测量误差的表示,定量分析了一种典型多位置标定编排方式下的标定误差。仿真结果和捷联惯性导航系统的试验结果证实了标定误差分析的正确性。     

平方根Spherical Simplex UKF在飞船姿态估计中的应用

提出了一种用矢量观测来估计飞船姿态的平方根spherical simplex unscented卡尔曼滤波算法。该算法将spherical simplex unscented变换与unscented卡尔曼滤波结合起来,与采用scaled unscented变换的unscented卡尔曼滤波相比,具有更低的计算量。其平方根形式由于协方差阵的半正定性,拥有更好的数值稳定性。飞船的姿态运动学描述采用了四元数,而用广义罗德里格斯参数来克服卡尔曼滤波过程中的四元数归一化误差。仿真结果表明,该算法比标准扩展卡尔曼滤波具有更低的姿态估计误差及更快的收敛率。     

基于MEKF的航天器姿态确定算法

乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter, MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案。系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型,设计了更具有一般性的MEKF滤波器,为航天任务中快速应用MEKF姿态确定算法提供理论参考和技术支撑。     

基于误差四元数的战术导弹垂直发射姿态调转滑模控制器

针对战术导弹垂直发射姿态调转时的快速性要求,研究了垂直发射快速姿态调转的控制问题。首先基于误差四元数并结合垂直发射的具体特点,建立了战术导弹垂直发射的非线性数学模型;然后通过滑模变结构控制理论进行控制系统设计,得出了基于误差四元数反馈控制器,分析了系统的稳定性和鲁棒性。该控制器实现了绕欧拉特征轴的旋转,缩短了姿态调转的时间,最后通过仿真验证其有效性。     

具有规范化的四元数递推计算的公式误差估计

对捷联式制导系统中目前常用的四元数递推公式进行误差估计,给出利用观测数据计算四元数的误差界的公式,还介绍了保持四元数范数不变的一类递推公式。     

具有规范化的四元数递推计算的舍入误差的概率估计

对捷联惯性制导系统弹载计算机四元数计算的舍入误差进行了概率估计。首先建立定点计算机上四元数计算舍入误差的概率模型,然后利用该模型得到舍入误差的分布函数,进行舍入误差的概率分析。     

用捷联惯性测量组合确定宇宙飞行器空间位置的计算方法

应用捷联惯性测量组合,确定宇宙飞行器空间位置的计算方法。 捷联惯导系统的发展,引起了我们对计算技术和确定宇宙飞行器空间位置计算方法更大的注意[1]。在这方面,首先要考虑应用四元数（K_BaTEPHNOH）,方向余弦和固有欧拉方程的可能性。因为完全再现飞行条件是非常困难的,所以根据数字模拟结果所得的方法多半都是《经验》公式,虽然在文献[2]中所作的解析和试验结果肯定了四元数的应用,但是在捷联惯导系统中对算法阶数和重复速度的选择问题,仍是一个有待解决的问题,对于宇宙飞行器的导航系统特性来讲,更是如此。     

基于捷联惯导的耦模型

利用四元数探讨了一种解耦控制量计算的方法。捷联惯导录取姿态的实时性、准确性使得在调炮过程对耦合误差能够实时解算。该方法具有良好的推广性,可以应用于压制武器解耦控制中。     

地磁陀螺复合测姿系统误差补偿方法

针对三维地磁姿态检测系统不能独立求解姿态角的问题,提出了一种基于地磁陀螺复合的弹丸姿态检测方法,在分析MEMS陀螺误差来源的基础上,建立了二维MEMS陀螺的误差模型,通过最小二乘法拟合求得误差补偿系数,最后利用补偿算法对二维MEMS陀螺的两路角速度输出矢量进行校正。经过一系列实验,结果表明,校正后的角速度矢量的零偏基本消除,误差波动幅值明显减小,利用角速度矢量计算得到的偏航角误差减小到1.757 7°,测量精度提高提高近12倍,基本能够满足三维地磁传感器姿态检测系统对外部基准角的要求。