| 【中文题名】 | 基于八元数的捷联惯导算法研究 |
| 【英文题名】 | Research on the Strapdown Inertial Navigation System Algorithms Based on Dual Quaternions |
| 【学科专业】 | 导航制导与控制 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-3-13 |
| 【中关键词】 | 捷联惯导系统,八元数,MATLABSimulink,数字仿真,, |
| 【英关键词】 | strapdown inertial navigation system（SINS）,dual quaternions,MATLAB/Simulink,computer simulation, |
| 【分类导航】 | 航空、航天>航空>航空仪表、航空设备、飞行控制与导航>飞行控制系统与导航>导航>导航系统 |
| 【论文摘要】 |
捷联惯导技术在军事和国民生产诸多领域有着广泛的应用。但目前,我国的捷联惯性导航系统仍处在低精度水平,捷联惯导较多地应用在一些速度相对较低的中、低等精度的载体上。提高捷联惯导系统精度有三个途径,一是设计和制造出高精度的惯性器件,实现载体运动信息的精确测量,但受国内目前材料和工艺水平的限制较难实现;二是建立惯导系统精确误差模型,实现系统误差的精确补偿;三是设计和采用高精度的捷联算法。所以,高精度捷联惯导算法的研究是很有意义的课题。
本文对传统的捷联惯导算法进行了研究,并设计了一种基于八元数的捷联算法。主要做了以下几个方面的工作:
1.介绍捷联惯性导航系统的基本工作原理,包括坐标系及其之间的关系,讨论了欧拉角、四元数等几种经典的解算方法及计算周期的划分。然后讨论了等效转动矢量法及其衍生的一系列修正算法和优化算法,并作了精度分析;对捷联系统的速度算法也进行了推导。
2.讨论了一种基于八元数的捷联惯导算法,利用八元数这一数学工具对捷联惯性导航的原理进行了重新推导,并用三个基于八元数的运动学方程进行描述。证明了该算法与传统算法的等效性,并对两种算法的性能进行理论上的分析比较;
3... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-9 |
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第1章 绪论 |
9-15 |
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1.1 课题的背景及意义 |
9 |
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1.2 惯性导航技术的发展概述 |
9-12 |
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1.2.1 惯性导航技术的发展阶段 |
9-11 |
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1.2.2 国内惯性导航技术的发展概况 |
11 |
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1.2.3 惯性导航技术的发展趋势 |
11-12 |
|
1.3 捷联惯性导航算法研究概况 |
12-13 |
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1.4 本文课题研究的必要性和主要内容 |
13-15 |
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第2章 捷联惯导系统的基本理论 |
15-38 |
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2.1 捷联惯导系统的工作原理 |
15-20 |
|
2.1.1 坐标系的定义及转换关系 |
15-19 |
|
2.1.2 捷联惯导系统的工作原理 |
19-20 |
|
2.2 捷联惯导系统的姿态更新算法 |
20-32 |
|
2.2.1 欧拉角法 |
21 |
|
2.2.2 方向余弦法 |
21-22 |
|
2.2.3 四元数法 |
22-28 |
|
2.2.4 等效旋转矢量法 |
28-31 |
|
2.2.5 姿态算法的比较 |
31-32 |
|
2.3 捷联惯导系统的导航计算 |
32-37 |
|
2.3.1 速度的计算 |
32-35 |
|
2.3.2 经纬度和高度的计算 |
35-36 |
|
2.3.3 捷联计算不同迭代周期的划分 |
36-37 |
|
2.4 本章小结 |
37-38 |
|
第3章 基于八元数的捷联惯性导航理论 |
38-57 |
|
3.1 八元数简介 |
38-42 |
|
3.1.1 四元数 |
38-39 |
|
3.1.2 二元数 |
39-41 |
|
3.1.3 八元数 |
41-42 |
|
3.2 基于八元数的捷联惯性导航方程 |
42-45 |
|
3.3 基于八元数的捷联惯性导航算法 |
45-48 |
|
3.3.1 计算螺旋矢量 |
47-48 |
|
3.3.2 八元数的更新 |
48 |
|
3.4 基于八元数的算法与传统算法的比较分析 |
48-56 |
|
3.4.1 在连续形式理论上的一致性 |
49-50 |
|
3.4.2 螺旋误差补偿与圆锥/划桨误差补偿 |
50-54 |
|
3.4.3 算法的误差分析比较 |
54-56 |
|
3.5 本章小结 |
56-57 |
|
第4章 捷联算法的数字仿真分析 |
57-69 |
|
4.1 理想传感器情况下的仿真 |
58-60 |
|
4.2 非理想传感器情况下的仿真 |
60-68 |
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4.3 本章小结 |
68-69 |
|
结论 |
69-70 |
|
参考文献 |
70-74 |
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附录1 |
74-75 |
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附录2 |
75-77 |
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附录3 |
77-78 |
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附录4 |
78-79 |
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攻读学位期间发表的学术论文 |
79-81 |
|
致谢 |
81 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.98187 |
