弹道修正弹药的姿态测量技术研究

在弹道修正弹药系统中,需要实时确定弹药的飞行姿态及方位信息.文中提出了一种基于磁探测技术和微机械陀螺技术的姿态测量方案,给出了利用地磁矢量和陀螺探测结果进行弹体姿态解算的数学模型.通过比较两种不同的数学处理方法分析得出,采用四元数法进行姿态解算,可以减少三角函数计算,提高运算速度和精度,且不会出现奇异现象.在Matlab环境下的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性.     

旋转矢量在高动态全姿态飞行器运动方程中的应用

基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同时,相比于四元数法又提高了高动态角运动情况下姿态解算的效率。对旋转矢量法、四元数法和欧拉角法在数值解算中的不可交换误差进行了分析。据此,针对单通道具有高动态特性的轴对称飞行器,建立了基于准弹体系的旋转矢量法,提高了解算效率。基于某型滚转导弹运动方程的数字仿真表明了旋转矢量法在姿态解算中的有效性和广泛性。基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同时,相比于四元数法又提高了高动态角运动情况下姿态解算的效率。对旋转矢量法、四元数法和欧拉角法在数值解算中的不可交换误差进行了分析。据此,针对单通道具有高动态特性的轴对称飞行器,建立了基于准弹体系的旋转矢量法,提高了解算效率。基于某型滚转导弹运动方程的数字仿真表明了旋转矢量法在姿态解算中的有效性和广泛性。     

基于无陀螺捷联惯导系统的四元数算法

在捷联惯导系统中,针对以往解算姿态角精度不高、导航误差随时间积累较快、解算存在奇异、精度不高等问题,采用了一种四元数解算算法,该方法只需求解由四元数所表示的四个姿态运动微分方程。实验证明,该方法算法简单,易于操作,从一定程度上抑制了误差的积累。     

基于星敏感器的导弹姿态矩阵线性化解算方法

在INS/CNS组合导航方式下,利用星矢量的像平面坐标和天球直角坐标信息建立导弹姿态转换矩阵模型是一个关键,且姿态矩阵解算为非线性方程组求解,涉及导数运算,计算量大、复杂.针对此,本文详细讨论了导弹姿态转换矩阵的计算模型建立,利用四元数姿态矩阵特性,提出了一种导弹姿态转换矩阵的线性化解算方法,为INS/CNS组合导航方式下,弹体姿态解算提供了新的数值解算思路.     

捷联惯导四元数的四阶龙格库塔姿态算法

针对捷联惯导姿态更新算法高精度、结构复杂度低的需求,为了满足常规武器工程化的需求,提出捷联惯导四元数的四阶龙格库塔姿态解算算法。根据载体初始姿态角确定姿态转换矩阵,由姿态转换矩阵确定四元数初值,用四阶龙格库塔法解四元数微分方程,更新四元数,从而根据四元数与姿态角之间对应关系解算弹体姿态角。120迫弹平台仿真结果验证了四阶龙格库塔姿态更新算法的正确性,姿态解算精度0.01°,开发实用化样机进行实际抛洒实验,结果表明,该算法切实可行,可工程化使用。     

基于星敏感器的导弹姿态矩阵线性化解算方法

在INS／CNS组合导航方式下，利用星矢量的像平面坐标和天球直角坐标信息建立导弹姿态转换矩阵模型是一个关键，且姿态矩阵解算为非线性方程组求解，涉及导数运算，计算量大、复杂。针对此，本文详细讨论了导弹姿态转换矩阵的计算模型建立，利用四元数姿态矩阵特性，提出了一种导弹姿态转换矩阵的线性化解算方法，为INS／CNS组合导航方式下，弹体姿态解算提供了新的数值解算思路。     

基于旋转四元数的姿态解算算法

为解决传统姿态解算算法无法有效抑制不可交换误差的问题,利用旋转矢量推导出了大运载体小角度运动时的旋转四元数微分方程,并对该算法和加性误差四元数算法的姿态解算效果进行了比较实验。结果证明,在低动态过程中,旋转四元数算法不仅可以有效抑制不可交换误差,而且在大失准角环境下也能够有效工作,更具有算法计算量小、易实现和精度较高等优点。     

一种基于CDKF的SINS/GPS紧组合导航算法

为解决SINS/GPS紧组合导航系统在SINS初始失准角较大的情况下精度下降的问题,提出一种基于欧拉角状态的中心差分卡尔曼滤波组合导航算法。Sigma点采样时,用欧拉角作为姿态参量,保证Sigma点采样过程中姿态参量与其他参量的同步;Sigma点沿系统方程传播中,转换为四元数表示,避免欧拉角姿态解算的高计算量和复杂超越方程的求解。通过仿真实验证明,提出的方法比加性四元数算法具有更快的收敛速度和更高的精度。     

四元数及其在导弹控制系统中的应用

简要介绍了四元数方法及其主要性质。探讨四元数在导弹控制系统中的应用。对四元数参数计算过程中产生的比例误差、偏斜误差和交换误差进行了分析,提出用四元数的优化减小姿态计算误差的方法。     

四元数在单翼末敏弹扫描仿真中的应用

用欧拉角法表示单翼末敏弹扫描运动微分方程时,过多的三角函数计算容易导致系统微分方程出现奇点和传递误差,进而导致计算结果失真,针对此问题,选择四元数法来表示欧拉运动学方程,并对其系统微分方程进行修改,比较两者在描述单翼末敏弹扫描运动时的计算机仿真图形.结果表明,相比传统的欧拉角法,四元数法的算法更优化,适合于计算在各种姿态下的扫描运动,更能客观、准确地揭示单翼末敏弹的扫描规律.