解算四元数微分方程的一种新算法

无论步长大小如何，R-K算法解算四元数微分方程得到的四元数模的误差存在发散现象，而且误差随时问积累，使得单位四元数的“单位”性不能得到满足，而Adams算法能明显的克服发散，仿真结果表明其收敛效果比较好。     

基于K-矩阵的捷联惯导系统初始四元数提取

捷联惯导系统的姿态算法是其导航算法的关键环节,应用四元数来描述运载体姿态的变化在实际工程中应用广泛,其中的初始四元数提取精度直接影响到导航解算精度。针对这个问题,在传统提取算法的基础上,得到了基于K-矩阵的初始四元数提取算法,并对正交和非正交初始姿态矩阵的四元数提取进行了对比分析。初始姿态矩阵算例的提取验证表明,基于K-矩阵的提取算法运算量较小,且对于非正交姿态矩阵能有效提高四元数提取的精度,为改进姿态解算的初始四元数提取算法提供了参考。     

降维算法设计低阶线性Kalman滤波器

基于四元数微分方程,采用四阶龙格-库塔法处理输出数据,建立了递推关系式,并以四元数作为系统的状态矢量,构成一种四维Kalman滤波器。最后,在DM3730 Cortex-A8处理器平台上对算法进行了实现和实验验证。实验结果表明,经过降维处理后的算法,显著降低了算法的实现复杂度和计算量,滤波效果及实时性能均达到了预期的目标,具有较强的实用性。     

三轴光纤陀螺捷联姿态解算与漂移补偿研究

研究了三轴正交捷联光纤陀螺（FOG）在移动卫星通信天线稳定和精确指向中的应用。针对三轴FOG角增量输出,首先建立四元数微分方程并实时求解,实现了考虑地球自转补偿的捷联姿态解算方法。其次,将FOG输出漂移分为零偏、温度漂移和随机漂移分别进行补偿研究。基于预测控制DMC算法进行随机漂移的实时补偿;建立多项式模型并进行回归分析实现温度漂移的补偿。通过试验表明,捷联姿态解算方法正确。补偿后,FOG的输出漂移大大减小。     

四元数算法在姿态矩阵解算中的研究

SINS是直接利用计算机来模拟载体的姿态矩阵,然后根据模拟出的姿态矩阵解算出载体的姿态和航向信息。姿态矩阵的计算是捷联惯导算法中最重要的一部分,也是捷联式系统所特有的。所以,对于姿态矩阵的研究是非常必要的,文章以四元数算法为基础,主要研究整体-四元数和分解-四元数算法。通过建立线性化误差模型,将这两种算法的精度进行比较分析和仿真对比,结果表明分解-四元数算法比整体-四元数算法精度更高。     

浮点乘加部件中三操作数前导1预测算法的设计

提出了一种应用于高效浮点乘加部件的三操作数前导1预测算法。高效浮点乘加部件需要买现三个操作数的前导1预测（LOP）电路，传统的LOP算法不能直接处理三个操作数，通过间接方法实现又会增加关键路径延时并增大电路面积。三操作数LOP算法是针对传统LOP算法的这一局限提出的，可以有效缩短前导1预测电路的延时并减少面积．从而缩短整个乘加部件的延时。文章以龙芯2号通用CPU中浮点乘加部件的106位前导1预测电路为例．分别采用传统LOP算法和三操作数LOP算法实现了电路，实验结果表明，三操作数LOP算法比传统算法延时能降低约16．67％．总面积减少约19．63％。     

基于四元数的改进空间平滑解相干算法

针对常规的四元数空间平滑算法解相干时没有充分利用各子阵的互相关信息导致信号波达方向估计分辨率较差的问题,提出了一种基于四元数的改进空间平滑解相干算法。首先,利用四元数的正交结构可以很好地保持极化敏感阵列各阵元两分量输出信号之间固有的正交特性,建立了四元数接收信号模型。然后,在常规的空间平滑算法的基础上推导了改进的空间平滑解相干算法。该算法利用了阵列各子阵接收信号的全部互相关和自相关信息,在信号波达方向相近和信噪比较低的情况下,具有比常规空间平滑算法更优的波达方向估计性能。最后,通过计算机仿真验证了改进算法的有效性。     

一种改进的便于实现的红外焦平面阵列不均匀性校正算法

本文提出了一种适合对光敏元的响应特性为非线性的红外焦平面阵列进行不均匀性校正的改进算法，与现有的算法相比，该法具有便于用软件和硬件实现的优点。同时，通过对改进前后的算法进行理论分析和软件模拟结果比较，证明二者的校正精度无本质差别，校正效果基本相同。     

一种改进的便于实现的红外焦平面陈列不均匀生校正算法

本提出了一种适合对光敏元的响应特性为非线性的红外焦平面陈列进行不均匀性校正的改进算法。与现有算法相比，该法具有便于用软件和硬件实现的优点。同时，通过对改进前后的算法进行理论分析和软件模拟结果比较，证明二的校正精度无本质差别，校正效果基本相同。     

一种基于探测元响应非线性的两点校正算法

针对焦平面器件现有非均匀性校正算法在实际应用中存在的问题,结合探测器的非线性模型对两点校正算法进行改进,提出了基于探测元响应非线性的两点校正算法,该算法是在最小二乘意义上的曲线拟合.通过将该算法与传统的两点校正法和四点校正法在残留非均匀性和校正速度两个方面的比较,说明该方法具有校正精度高、动态范围大、易于工程实时实现等优点.     

基于四元数误差状态卡尔曼的杆塔监测系统

为了减少因杆塔倾斜造成的电力事故,该文设计了用于野外杆塔的姿态监测系统。系统主要采用误差状态卡尔曼(ESKF)算法对原始信号进行滤波处理,再通过欧拉角和四元数变换的方法进行姿态解算。通过在每次迭代中产生新的对应特征来递归地校正估计的状态,并保持系统在计算上满足四元数的约束,实现陀螺仪和加速度计的随机误差补偿滤波。处理后的数据经过无线传输模块传至后台服务器,最终实现远程监控。通过实验室验证与实地测试一段时间后,结果表明,系统功能稳定,精度高,满足了杆塔的倾斜检测。     

一种基于旋转矩阵单位四元数分解的运动估计算法

本文基于旋转矩阵单位四元数分解定理,提出一种由3D特征点空间位置估计运动参数的算法。单位四元数表示旋转矩阵时不存在奇异点,故基于单位四元数的运动估计方法具有更大的实用价值,而本文算法无需Horn(1987)和Su等人(1989)提出的单位四元数方法的迭代运算。本文给出了解的唯一性分析和模拟实验结果,可见其性能是令人满意的。     

BP网络的改进研究

针对标准BP神经网络收敛速度慢，学习精度不高的缺点，在标准BP神经网络算法中附加动量项，并以附加动量项的BP网络算法为基础，提出动量-自适应速率法，动量-可调激活函数法以及动量-自适应速率-激活函数法四种改进算法。以太阳黑子预测为实例分析四种改进算法在BP神经网络迭代次数减少，精度提高两方面的实际效果。事实证明，动量-可调激活函数算法对BP网络结构优化，提高收敛速度有明显效果。     

捷联惯导姿态算法工程化研究

针对惯性导航系统姿态算法的工程使用问题,对现有四元数姿态算法进行了分析和评估。通过比较解算周期对算法性能的影响,对姿态算法的选取给出了建议,有一定的工程实用参考价值。     

一种基于旋转矩阵单位四元数分解的运动估计算法

本文基于旋转矩阵单位四元数分解定理，提出一种由３Ｄ特征空间位置估计运动参数的算法。单位四元数表示旋转矩阵时不存在奇异点，故基于单位四元数的运动估计方法具有更大的实用价值，而本文算法无需Ｈｏｒｎ和Ｓｕ等人提出的单位四元数方法的迭代运算。     

平显火控解算中一些解的稳定性

对在平显火控系统中火控解算中常微分方程数值解法所采用的欧拉法进行算法改进,使其在火控解算周期内,实时给出满足误差要求的解来。     

基于三分量电磁矢量传感器的波达角和极化参数估计

针对传统的降维四元数旋转不变子空间算法(Dimension Reduction Quaternion Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, DRQ-ESPRIT)存在“四元数模型相干”和孔径损失问题, 改进了DRQ-ESPRIT算法, 并提出了伪虚拟对称扩展孔径四元数旋转不变子空间算法(Fake Virtual Symmetrical Aperture Expansion Quaternion Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, FVSAEQ-ESPRIT).所提算法通过修正极化角度域导向矢量和阵元空间相移矢量的乘法顺序, 解决了“四元数模型相干”问题, 并利用导向矢量的虚拟对称操作和Khatri-Rao子空间方法, 增加了极化敏感阵列的自由度, 提高了波达角(Direction of Arrival, DOA)和极化参数的估计精度.最后, 仿真实验验证了所提算法的有效性.     

短期负荷综合预测模型新算法

本文结合马尔科夫校正算法对灰色理论模型加以改进,提出了一种改进灰色-马尔科夫的预测模型。将该模型运用到短期负荷预测中,并与指数平滑模型、人工神经网络模型的预测结果进行比较,结果表明运用改进后的灰色—马尔科夫预测模型可以大大提高预测精度。笔者在这三种预测方法的基础上,应用时变权系数法建立综合预测模型,对待预测日进行短期负荷预测。     

鲁棒的四元数空间平滑算法

本文针对相干信号波达方向(DOA)估计问题,利用简化电磁矢量传感器阵列提出了一种基于四元数模型的空间平滑(Q-SS)算法。首先,根据四元数的正交特性能够很好地描述矢量传感器阵元内部信号分量之间的垂直关系这一特点,将每个阵元的两分量接收数据合成为一个四元数,建立了简化电磁矢量传感器阵列的四元数接收模型,该模型比传统的长矢量模型更适合于矢量传感器阵列的信号处理。在此基础上,利用本文提出的Q-SS算法对相干信号进行预处理,实现了解相干,并对解相干性能进行了分析,然后通过四元数域的ESPRIT算法估计出相干信号的DOA。理论分析表明Q-SS算法比传统的长矢量空间平滑(V-SS)方法有更高的DOA估计精度,具有对矢量传感器内部电场噪声分量解相关的能力,这是V-SS算法所不具备的优势。最后,通过计算机仿真实验比较和分析了所提算法的有效性。      

基于航路点的高超声速飞行器预测校正制导律设计

针对高超声速飞行器再入制导多约束、不确定性问题,结合预测-校正制导和标准航迹制导的优点,提出基于航路点规划的预测-校正制导方式,推导出精确的制导模型和制导原理。针对制导模型参数的动态性能,改进了数值预测算法,并基于二次型最优性能指标设计了预测-校正制导律,给出了制导指令数值方法的解析解,符合高超声速制导的实时性要求。将姿态控制回路近似描述成二阶系统,基于已规划航路进行了仿真验证,仿真结果表明,该方法对初始误差不敏感,具有较高的精度和较强的鲁棒性。