可重构智能表面辅助的四元数调制无线通信系统

四元数调制(Quaternion Modulation,QMod)是一种新型高传输速率的极化调制(Polarized Modulation,PMod)技术,是未来卫星通信系统中极具潜力的多元调制方案之一.QMod将数据块分成4块,其中两块是传输数据信号,另外两块则映射到极化状态部分.每个极化状态块均有一位比特,那么它们...     

用四元数状态切换无迹卡尔曼滤波器估计的飞行器姿态

在较大初始姿态误差角下, 针对捷联惯导/CCD星敏感器(strap-intertial navigation system/CCD star sensor, SINS/CCD)姿态估计系统扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法精度下降的问题, 提出了基于四元数的状态切换无迹卡尔曼滤波算法. 通过状态实时切换降低了全维无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)的维数, 减小了计算复杂度, 提高了系统的实时性. 文中采用基于特征向量求解的代价函数法计算四元数均值避免了UKF算法中四元数规范化的限制; 利用乘性误差四元数表示姿态更新点与估计点之间的距离, 解决了四元数协方差阵奇异性问题. 仿真实验结果表明: 与EKF相比, 该算法在精度上有较大提高; 与全维UKF算法和修正罗德里格斯参数UKF算法相比, 该算法精度相当但估计时间均有不同程度的减少.     

四元数矩阵重构鲁棒波束形成算法

极化敏感阵列的四元数信号模型保持了偶极子阵元分量之间固有的正交性,因而四元数MVDR(Q-MVDR)算法具有比传统复数域MVDR算法更优的性能,但在强期望信号和导向矢量失配的情况下,Q-MVDR算法性能严重下降,甚至会出现期望信号相消现象.针对此问题,提出一种基于四元数矩阵重构的鲁棒波束形成算法.首先建立极化敏感阵列的四元数模型,将协方差矩阵重构方法扩展到四元数域,利用子空间方法得到干扰信号的导向矢量估计,并采用Capon谱估计方法获得干扰信号的功率,重构出干扰噪声协方差矩阵;然后根据信号子空间与噪声子空间的正交性,以及期望信号导向矢量与信号子空间属于同一子空间的特性,将权矢量投影到四元数信号子空间,对期望信号导向矢量失配误差进行修正;最后通过仿真实验验证了算法的有效性.仿真结果表明,在强期望信号和期望信号导向矢量失配时,与传统算法相比,本文算法有效避免期望信号相消引起的性能下降,增强了算法的鲁棒性,可以达到接近最优值的输出信干噪比(SINR).     

基于离散四元数傅里叶变换的彩色图像信息隐藏技术

为了提高秘密信息传输的安全性,将离散四元数傅里叶变换(DQFT)应用于彩色图像的信息隐藏技术中,提出了一种在彩色图像中嵌入秘密信息的新技术。应用四元数理论把彩色图像作为一个整体进行傅里叶变换,在彩色宿主图像的DQFT变换域中实现秘密信息的嵌入。实验结果表明,该方法简单易行、保密性强,对高斯噪声和椒盐噪声及剪切、缩放等攻击具有较好的鲁棒性。     

由特征点的空间位置估计运动参数

确定被观察物体和摄像机之间的三维相对运动是计算机视觉领域的一个重要课题.假定物体上有若干特征点,它们在空间的位置已由双目视觉求得.在此假定下,本文讨论如何由特征点空间位置的观察值来估计运动参数.现有文献中所用的目标函数导致的是一个非线性最优化问题.本文利用凯莱(Cayley)定理提出一种新的目标函数,它导致的是一个十分简单的线性最小二乘问题.文中还讨论了这两种目标函数之间的关系.     

捷联系统四元数工具误差分离模型研究

惯性器件的误差会使导弹飞行参数计算产生偏差,直接影响导弹的命中精度,通过实验数据分离惯性器件工具误差系数并反馈给数学平台进行误差补偿是提高导弹命中精度的主要手段。在四元数的基础上建立了捷联惯导系统工具误差分离模型,并对该模型进行了工具误差系数分离。仿真实验结果验证了该工具误差模型的正确性,其系数分离结果要优于传统的欧拉角误差模型,该模型的建立为捷联惯导技术的工程实践提供了重要参考。     

一种快速的基于球体混合重建的碰撞检测算法

为了解决虚拟特征和虚拟环境中虚拟物体的相交问题,必须对实时的虚拟应用环境实施快速的碰撞检测.提出了基于球体混合重建的碰撞检测算法,对球体混合表面提出了一个子线性时间复杂性的重建过程;利用四元组构造变换范围,扩展了从线性到球形混合的构造变换方法;采用循环划分的方法完成了由球体混合到线性混合的分解过程.尽管这个方法的实现过程较线性的方法更难些,但算法的执行过程所需时间却与线性方法相差无几,其复杂性也与线性结构的相同.     

基于MAEKF算法的航姿参考系统设计

构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法.取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据.并采用准确量测法,给滤波器加入了四元数的归一化约束,最后给出了基于新息的估计量测噪声方差矩阵的公式.通过仿真和试飞验证,表明本文设计的低成本的航姿参考系统能够提供比较准确的航姿信息.与常规的扩展卡尔曼滤波器比较,本文设计的乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法有效提高了系统的精度和稳定性,并且具有较好的鲁棒性.     

基于末端杆件螺旋运动的凿岩机械臂孔序规划

根据隧道炮孔设计,进行孔序规划,是对凿岩机械臂进行自动控制所需要解决的一个问题。针对这一问题,以机械臂末端杆件的螺旋运动来定义其运动轨迹,用螺旋运动轨迹的曲线长度来定义机械臂将末端执行器从一个孔位运送到另一个孔位所付出的代价,以此代价为基础建立目标函数,用蚁群算法进行问题求解,得到机械臂运动的孔序规划。利用对偶四元数法推导了机械臂末端杆件螺旋运动参数的计算公式。仿真验证了轨迹求解算法,得到的轨迹平滑、连续;针对某隧道断面64组炮孔设计,利用蚁群算法进行左右两个机械臂的孔序规划仿真,得到了合理的规划结果。