基于MEMS传感器的人体运动捕捉系统

为了能够准确获取人体在动态时的空间姿态并减轻CPU的密集处理运算,通过采用高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成数据采集单元,并运用四元数法来解算人体的运动姿态．该系统满足设计要求,且降低了系统硬件的体积．     

四旋翼飞行器的姿态解算及控制实现

针对四旋翼飞行器的姿态控制问题,首先结合四元数及互补滤波法给出姿态解算及数据更新算法;其次采用PID控制算法对姿态进行稳定控制;最后通过上位机观察数据得出控制效果曲线并在实物实验平台上基础上进行了实际飞行验证算法的可行性.实验结果表明:四元数互补滤波算法能实现稳定高精度的姿态解算;PID控制器可以有效的完成飞行器的自稳控制且能有效的校正外界扰动造成的角偏移量,满足四旋翼飞行器的控制要求.     

多矢量信息下的星敏感器三轴旋转角求解方法

为了提高星敏感器的实时性能与解算精度,基于多矢量信息,提出四元数表示形式下的星敏感器三轴旋转角求解方法,从理论上对所提方法进行详细推导.基于单个星光矢量在天球系与星敏系中的三维坐标,将方向余弦阵变换形式转变成四元数变换形式.降次二次四元数变换形式,以便后续求解.考虑不同星光矢量的权重,联立所有星光矢量的信息求解星敏感器三轴旋转角,给出解决三轴旋转角求解过程中的迭代不确定性和四元数矢量方向奇异性的具体方案.将所提方法与传统方法的性能进行对比分析.仿真结果表明,相比传统方法,所提方法具有更快的解算速度和更高的三轴旋转角求解精度.     

大攻角飞行载体运动学建模的四元数方法研究

针对大攻角飞行载体运动特征,在比较传统飞行力学中描述小攻角飞行载体姿态常用的几种方法的基础上,提出大攻角飞行载体运动学建模的四元数方法,将此四元数方法应用于飞行载体姿态解算方法中进行了仿真计算和分析,仿真结果表明,大攻角飞行载体运动学建模的四元数方法对飞行载体在飞行过程中的姿态描述是有效和适用的.     

基于四元数互补滤波算法的车载MIMU

针对MEMS惯性器件由于测量精度低、数据易漂移而导致车载惯性导航系统姿态解算数据不稳定和精度不高的问题,设计一种基于四元数互补滤波算法的高精度车载MEMS惯性测量单元(MIMU)。通过四元数算法降低MIMU在运行过程中的计算难度,解决姿态解算中的奇点问题。利用互补滤波算法对惯性传感器运行过程中的高低频误差进行动态补偿、数据融合,减小陀螺仪积分漂移累加,抑制加速度计振动误差,实现多传感器数据融合的MIMU姿态解算。将MIMU放置于高精度无磁转台上进行动态测试,通过设置转台运行动作模拟车载环境,采集并分析MIMU在动态环境中的各个轴向角实时数据与误差数据。试验结果表明,MIMU横滚角精度为0.26°,俯仰角精度为0.23°,航向角精度为0.51°。     

基于多传感器信息融合的人体姿态解算算法

针对传统人体姿态解算算法中存在的稳定性差和解算精度低等问题,提出一种基于多传感器信息融合的姿态解算算法。利用四元数计算人体的姿态变化,将惯性测量模块的姿态测量值与观测值之间的偏差通过PI调节进行控制;采用互补滤波对多传感器数据进行融合,求取人体实时姿态。实验表明,该算法能够实现稳定地输出高精度姿态数据。     

基于NiosII的串口通信在解算芯片中的应用

该文介绍了串口通信标准,提出了基于NIOS II嵌入式软核处理器的串口通信设计方案,重点研究基于NIOS II的串口电路的硬件设计过程,阐述了在NIOS II集成开发环境下串口通信的软件实现过程。基于NIOS II的串口通信可应用于导航解算系统,实现导航解算芯片的数据库加载。     

基于NiosⅡ的串口通信在解算芯片中的应用

该文介绍了串口通信标准,提出了基于NIOSⅡ嵌入式软核处理器的串口通信设计方案,重点研究基于NIOSⅡ的串口电路的硬件设计过程,阐述了在NIOSⅡ集成开发环境下串口通信的软件实现过程.基于NIOSⅡ的串口通信可应用于导航解算系统,实现导航解算芯片的数据库加载.     

面向移动通信网络覆盖的四元数域粒子群优化算法

为优化移动通信网络的覆盖性能，针对天线指向变量中方位角与下倾角的内在关联性，提出了四元数域粒子群优化算法.该算法利用四元数表示天线指向，并基于四元数域乘法所表示的旋转实现粒子群算法的可行解沿最短路径进行更新.由于四元数域乘法不符合交换律，故在无穷小移动的概念上进一步提出了调和四元数粒子群优化算法，使粒子群中可行解的更新与惯性速度、朝向个体历史最优解和全局最优解的移动次序无关.实验结果表明，提出的两类算法，特别是调和算法在收敛速度和覆盖性能上均优于经典粒子群算法、萤火虫算法和遗传算法.     

机器人运动学逆问题的一种新的数值解法

本文采用四元数方法构造出了一种新的求解机器人运动学逆问题的数值解法，该算法由计算雅可比矩阵、解线性方程组与积分运算所组成．通过引入四元数方法，使得本算法的计算效率和精度得到进一步提高．算例验证表明：本文的算法是正确的．     

基于空间机动平台的姿态算法研究

在深入研究两种基于空间机动平台姿态算法中解四元数微分方程的方法,即四阶龙格-库塔法和四阶近似法的基础上,对两种姿态算法进行了对比和分析.基于MAT-LAB、STK进行了空间机动平台的姿态、速度的仿真,结果表明四阶近似法在解四元数微分方程上有明显的优势,根据仿真结果说明了两者在空间运动中速度和姿态角变化差别,从而为空间目标的进一步研究提供了算法支持.     

基于卡尔曼滤波和互补滤波的改进型姿态解算方法

四元数融合互补滤波通常采用三轴陀螺仪的角速度积分来获取角度,进而利用角度求得四元数,再由四元数解算出姿态角。但三轴陀螺仪由角速度积分得到的角度由于温漂、单次迭代等原因,往往偏差较大,难以消除,这就导致求得的四元数精度不够,最终影响互补滤波解算出的姿态角的精度。针对这个问题,提出采用卡尔曼滤波融合陀螺仪、加速度计的数据进行基于误差协方差最小的迭代估计,并通过对过程噪声和观测噪声的滤波,最终得到姿态角的最优估计,再将这个估计值代入互补滤波中求得四元数,利用该四元数进行误差负增益调节。本工作基于STM32F4搭建实验平台进行验证,结果表明:该改进型姿态解算方法明显地提高了姿态角的精度,具有良好的动态和静态特性。     

基于扩展卡尔曼滤波的多旋翼飞行器融合姿态解算算法

针对多旋翼飞行器飞行时机身振动对加速度计产生的噪声干扰,建立径向基(RBF)神经网络结构模型,提出扩展卡尔曼滤波融合姿态解算算法。采用加速度计解算的姿态角作为输入向量,四元数互补滤波解算的姿态角作为参考向量,通过学习不断调整网络最优权值,得到滤波后的由加速度计解算的姿态角,并将四元数互补滤波算法解算出的姿态角与经RBF神经网络非线性滤波得到的加速度计解算的姿态角进行扩展卡尔曼滤波融合姿态解算,以提高飞行器姿态角的解算精度。实验结果表明:基于RBF神经网络的非线性滤波算法可对加速度计解算的姿态角进行有效滤波,提高飞行器姿态角的解算精度;采用的扩展卡尔曼滤波融合姿态解算算法收敛速度快、稳定性强,能够更准确地实时解算飞行器的当前姿态,验证了该算法的可行性。     

基于STM-32的自动四旋翼飞行器设计

通过研究四旋翼飞行器的结构特点、姿态解算算法及其飞行控制原理,设计了以STM-32系列微控制器为核心的自动飞行系统,包括硬件电路设计和程序算法设计.试验测试表明,该系统能够在搭建的狭小空间主动避开障碍,实现稳定飞行.     

小型无人机飞行姿态串级控制系统

采用四元数互补滤波算法对IMU单元等多传感器采集到的数据进行解算融合,串级PID为小型无人机飞行姿态系统的控制算法。设计了实时监测子系统,实验结果表明,基于STM32的串级PID控制算法可以实现飞行姿态的有效控制。     

高空动能拦截弹末制导段运动模型

针对高空动能拦截弹的拦截特点,简化拦截弹的末制导段运动方程,并利用四元数解算运动微分方程.最后,给出高空动能拦截弹末制导段六自由度仿真弹道.     

捷联姿态算法非互易误差的分析与修正

在捷联惯性导性导航系统中,陀螺仪的输出是迭代时间内载体的角增量的量化值;由其解算出的载体姿态存不可交换性误差,该误差的大小与捷联姿态算法密切相关,研究的目的在于选择适当的捷联算汉,减小姿态算法中的不可交换误差,提高捷联算法的精度,以鱼雷捷联惯性姿态基准为例,对四元数法的捷联姿态算法误差和基于等效旋转矢量的优化的三子样捷联姿态算法误差进行了分析比较,数字仿真结果表明,三子样法比四元数法的捷联姿态算精度高7至8个数量级,而前者的采样周期却低一个数量级,显著地提高了捷联姿态算法的制度。     

椭圆型交换四元数矩阵的实表示及逆矩阵求法

在引入椭圆型交换四元数的基础上,首先证明了椭圆型交换四元数和实数域上的4阶矩阵是同构的,将对椭圆型交换四元数的研究转化为实数域上4阶矩阵的研究.其次,利用椭圆型交换四元数矩阵的实表示,将对椭圆型交换四元数矩阵的研究转化为实数域上4n阶矩阵的研究,得到了椭圆型交换四元数矩阵实表示的系列重要性质.最后,利用实表示的性质,得到椭圆型交换四元数矩阵特征值存在的充要条件,并给出椭圆型交换四元数矩阵逆矩阵的求法,且利用数值算例验证了结论的有效性.     

基于FPGA的多通道旋转变压器测角系统设计

给出了一种基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的多通道旋转变压器测角系统的设计和实现方案。该方案硬件采用FPGA、数模转换器和模数转换器,软件采用改进型的坐标旋转数字计算算法。测试结果表明,所设计的旋转变压器解算系统的解算精度可以达到±6.3″,解算通道为4个,具有解算精度高、解算通道多的特点。     

基于重力场与地磁场序贯修正的姿态解算研究

针对无人系统姿态解算中存在陀螺仪误差发散快、磁力计易受软磁环境干扰等问题,提出了一种基于重力场与地磁场序贯修正的姿态解算方法。该方法采用陀螺仪输出构建姿态四元数的状态方程,然后依次利用加速度计与磁力计数据对四元数进行2次序贯修正,以获得姿态的准确输出。实验结果表明,相比传统的2种姿态解算算法,新算法能有效抑制陀螺仪的漂移误差,提高磁干扰环境下的姿态输出精度,其姿态角的静态精度不大于0.5°,动态精度优于2°。