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第 36卷 第 11期 四 川 兵 工 学 报 2015年 11
月
收稿日期:2015-06-09
作者简介:尹剑(1972—),男,博士研究生,高级工程师,主要从事光电定位定向技术研究。
【信息科学与控制工程】 doi:10.11809/scbgxb2015.11.027
基于角速率与角增量的捷联惯导姿态算法
尹 剑,邓宏林,杨 萌,张琬琳
(西安应用光学研究所,西安 710065)
摘要:对于捷联惯性姿态计算来说,目前存在着多种算法。这些算法如何归类、区分、如何在进行算法设计时根据具
体应用进行算法选择,很容易给设计者造成困扰。针对这个问题,根据姿态算法所采用的角速率和角增量的采样方
式,配合四元数算法和方向余弦算法,采用仿真手段,对常用的捷联姿态计算进行了归纳和分析比较,给设计捷联姿
态算法提供了参考。
关键词:捷联惯性导航;姿态计算;角速度;角增量
本文引用格式:尹剑,邓宏林,杨萌,等.基于角速率与角增量的捷联惯导姿态算法[J].四川兵工学报,2015(11):101
-104.
Citationformat:YINJian,DENGHonglin,YANGMeng,etal.StrapdownInertialNavigationAttitudeAlgorithmBasedon
AngleVelocityandAngleIncrement[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(11):101-104.
中图分类号:U666.12 文献标识码:A 文章编号:1006-0707(2015)11-0101-05
StrapdownInertialNavigationAttitudeAlgorithm
BasedonAngleVelocityandAngleIncrement
YINJian,DENGHonglin,YANGMeng,ZHANGWanlin
(Xi’anInstituteofAppliedOptics,Xi’an710065,China)
Abstract:Therearemanyalgorithmsinstrapdowninertialnavigationattitudecalculationfield.Butital
wayspuzzledthedesignersabouthowtoclassifythemandhowtoselectappropriateattitudealgorithm.To
solvethisproblem,somewidelyusedattitudealgorithmssuchasquaternionmethodanddirectioncosine
matrixmethodwereclassifiedbasedonanglevelocitysamplingandangleincrementsampling.Analysis
andcomparisonofthesealgorithmswerepresentedbysimulationmethod.
Keywords:strapdowninertialnavigation;attitudealgorithm;anglevelocity;angleincrement
随着捷联惯性技术的发展,新型陀螺仪如激光陀螺和光
纤陀螺等已经成功地得到了应用,陀螺仪的输出形式也不仅
仅限于传统的角速率输出
[1-5]
。目前常用的输出形式有 2
种,一种是角速率输出,也就是每次采样输出的值是当前时
刻的角速率,即陀螺敏感轴感知的机体坐标系下该坐标轴相
对于惯性坐标系的角速率
ω
ib
;另一种是陀螺输出时将采样
周期
Δ
t内的角速率进行了积分,从而输出了采样间隔周期
内的角增量,即
Δθ
=
∫
t+
Δ
t
t
ω
ib
d
τ
。
根据这 2种不同的采样方
式,在 进 行 捷 联 姿 态 计 算 时,相 应 的 姿 态 算 法 也 有 所 不
同
[6-8]
。通常而言,对于角速率采样,采用直接求解姿态更
新微分方程的方法,工程上常用四阶龙格库塔法实现。对于
该算法,根据姿态计算使用的参数的不同,又分为四参数的
四元数龙格库塔法和九参数的方向余弦龙格库塔法;对于角
增量采样,一般采用求解姿态微分方程的解析算法,同样,根
据姿态计算使用的参数的不同,分为四参数的四元数必卡逼
近法,根据采样数目不同又细分为四元数等效旋转矢量的单
子样、双子样、三、四子样等多子样算法以及九参数的方向余
弦算 法,以 及 方 向 余 弦 的 单 子 样、双 子 样 及 多 子 样 算
法
[9-10]
。下面将对基于角速率和基于角增量的上述算法进
行简要的分析比较。
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