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基于双四元数的捷联惯性导航算法研究

admin2022-05-29体育新闻9
【摘要】在捷联惯导系统(SINS)中,惯导算法是最重要的部分,其优劣对系统的结果有着决定性的影响。当载体处于高动态环境时,载体剧烈的角振动和线性振动会引起不可交换性误差,需要设计高精度的姿态、速度和

【摘要】 在捷联惯导系统(SINS)中,惯导算法是最重要的部分,其优劣对系统的结果有着决定性的影响。当载体处于高动态环境时,载体剧烈的角振动和线性振动会引起不可交换性误差,需要设计高精度的姿态、速度和位置更新算法对其进行补偿。因此,需要设计一种复杂动态环境下的惯性导航算法划船补偿算法,并对相应的计算误差进行补偿和修正。本文以实验室研制的高精度光纤陀螺样机为平台,对惯性导航求解方法进行了相关研究划船补偿算法,并对现有捷联导航算法进行了相关改进。围绕使用对偶四元数工具,对捷联惯导算法进行了重新分析和整理,以新的视角研究导航算法。下面简要介绍一下本文的大致内容和基本思想:1.简要介绍了捷联惯导的相关理论,并涉及到一些相关的原理知识,为后面的正文打下基础。本文重点分析介绍了捷联惯导姿态矩阵表示的不同方法和求解方法,并比较了这些方法的特点。介绍了捷联惯导算法中一些常用的速度和位置更新方法。并分析各自的解决过程;并根据导航解法中的实际需要,为不同更新频率的解法方法安排不同的更新周期。2.针对导航解中的非交换误差,分析锥误差的机理,详细分析锥误差产生的原因;在典型锥体运动的情况下,分析了原始锥体误差。对算法系数进行了一系列优化设计;针对传统的角增量形式的旋转矢量法,设计了角速率输入情况下的圆锥误差补偿算法,与角增量提取法相比,仿真分析表明新算法具有更好的高精度。

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对速度更新算法进行了一些推导,分析了由此产生的划船误差,并根据具体情况下的运动形式对划船误差进行了算法的优化补偿设计。3 基于对偶四元数,从数学工具的特点出发,利用该工具分析刚体平移、旋转和对偶四元数的关系;系统、重力坐标系和位置坐标系,并更新对应坐标系中的对偶四元数;建立对偶四元数形式的新模型,改进传统导航算法,设计新的惯性导航系统算法安排和流程;对偶四元数导航初值的重新推导与设计,并使用传统的初始值进行相关变换。4.将设计的双四元数导航算法与传统导航算法从结构、微分方程、物理意义等方面进行对比分析,推导设计双四元数螺旋矢量算法;对两者在惯性空间进行分析,对使用双四元数进行导航求解的方法在姿态和速度更新上优于传统算法的原因进行了理论分析和比较。由于其复杂的特点,设计了具体的简化算法,并在静态底座摇摆条件下对算法进行了仿真比较;仿真分析结果表明,双四元数算法在相同设计条件下具有更好的精度优势。. 5.对于双四元数导航算法,首先设计了剧烈角振动和线性振动下的载体,并进行了相关的仿真验证。仿真结果表明,当载体处于复杂的动态环境中时,应用设计的双四元数导航算法在各方面都有较大的优势;基于实验室研制的光纤陀螺样机,通过摆动实验验证了双四元数导航算法的正确性。载体在剧烈角振动和线性振动下进行设计,并进行了相关仿真验证。仿真结果表明,当载体处于复杂的动态环境中时,应用设计的双四元数导航算法在各方面都有较大的优势;基于实验室研制的光纤陀螺样机,通过摆动实验验证了双四元数导航算法的正确性。载体在剧烈角振动和线性振动下进行设计,并进行了相关仿真验证。仿真结果表明,当载体处于复杂的动态环境中时,应用设计的双四元数导航算法在各方面都有较大的优势;基于实验室研制的光纤陀螺样机,通过摆动实验验证了双四元数导航算法的正确性。

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