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Nonlinear Attitude Tracking Control of a Spacecraft with Thrusters Based on Error Quaternions 被引量:6
1
作者 荆武兴 徐世杰 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2002年第3期129-138,共10页
The multi axis coupling attitude control of a spacecraft with thrusters for attitude tracking is investigated. The attitude kinematics and dynamics are both described by error quaternions. The four error quaternion dy... The multi axis coupling attitude control of a spacecraft with thrusters for attitude tracking is investigated. The attitude kinematics and dynamics are both described by error quaternions. The four error quaternion dynamic equations are then transformed into four perturbed double integrators via linear transformations. An on off controller is designed based on the perturbed double integrators. The controller is determined by parabolic switching functions of the scalar error quaternion and the transfor... 展开更多
关键词 attitude tracking error quaternion nonlinear attitude control robust control.
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Research on in-light alignment error model based on quaternion and rotation vector
2
作者 徐国强 孟秀云 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2011年第3期331-338,共8页
Euler angle error model, rotation vector error model (RVE) and quaternion error model (QE) were qualitatively and quantitatively compared and an in-flight alignment filter algorithm was designed. This algorithm us... Euler angle error model, rotation vector error model (RVE) and quaternion error model (QE) were qualitatively and quantitatively compared and an in-flight alignment filter algorithm was designed. This algorithm used extended Kalman filter (EKF) based on RVE and QE separately avoi- ding the accuracy problem of the Euler angle model and used Rauch-Tung-Striebel(RTS) smoothing method to refine the accuracy recuperating the coning error for simplified RVE. Simulation results show that RVE and QE are more adapt for nonlinear filter estimation than the Euler angle model. The filter algorithm designed has more advantages in convergence speed, accuracy and stability comparing with the algorithm based on the three models separately. 展开更多
关键词 error model quaternion in-flight alignment rotation vector
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捷联惯性导航系统误差模型综述 被引量:14
3
作者 李涛 武元新 +2 位作者 薛祖瑞 胡小平 吴美平 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2003年第4期66-72,共7页
不同的捷联惯性导航系统误差模型主要由误差的数学定义形式及误差的参考坐标系决定。在详细讨论了捷联惯性导航系统的误差模型在相同的参考坐标系下不同的数学形式时的误差方程,以及相同的数学形式下不同参考坐标系时误差模型间数学关... 不同的捷联惯性导航系统误差模型主要由误差的数学定义形式及误差的参考坐标系决定。在详细讨论了捷联惯性导航系统的误差模型在相同的参考坐标系下不同的数学形式时的误差方程,以及相同的数学形式下不同参考坐标系时误差模型间数学关系的基础上,推导了乘性四元数误差之间和旋转矢量误差之间的关系,并给出了在应用不同误差模型时的注意事项。 展开更多
关键词 捷联惯性导航系统 误差模型 综述 参考坐标系 乘性四元数误差 旋转矢量误差 数学形式
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接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制 被引量:14
4
作者 高登巍 罗建军 +2 位作者 马卫华 康志宇 陈晓光 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期773-781,共9页
航天器在实施对空间非合作目标的近程操作任务中,需要接近目标并保持在目标附近的特定方位,对目标指定部位随动跟踪和观测。针对非合作机动目标的接近和视线跟踪的六自由度控制问题,根据视线坐标系下的相对轨道方程和体坐标系下的相对... 航天器在实施对空间非合作目标的近程操作任务中,需要接近目标并保持在目标附近的特定方位,对目标指定部位随动跟踪和观测。针对非合作机动目标的接近和视线跟踪的六自由度控制问题,根据视线坐标系下的相对轨道方程和体坐标系下的相对误差四元数姿态方程,建立了航天器间近距离相对运动的轨道和姿态联合控制模型。考虑模型的非线性、时变性和计算的快速性,采用θ-D控制方法进行接近和视线跟踪的轨道和姿态联合控制。为了减小跟踪同时存在轨道和姿态机动的非合作目标的控制误差,应用Lyapunov最小-最大定理设计了θ-D修正控制器,改善非合作目标同时进行姿态和轨道机动时的控制性能。仿真验证了模型的正确性和控制器良好的跟踪性能。 展开更多
关键词 视线跟踪 θ-D控制方法 姿轨联合控制 视线坐标系 误差四元数
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基于干扰观测器的卫星姿态误差四元数模糊滑模控制 被引量:7
5
作者 穆朝絮 孙长银 钱承山 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期886-891,共6页
针对刚体卫星的姿态控制问题,提出了一种基于干扰观测器的误差四元数模糊滑模控制方法.首先研究了由误差四元数和误差角速度描述的卫星动力学方程和运动学方程,避免了卫星姿态控制中最终姿态表示的非单值性问题.然后,根据卫星姿态控制... 针对刚体卫星的姿态控制问题,提出了一种基于干扰观测器的误差四元数模糊滑模控制方法.首先研究了由误差四元数和误差角速度描述的卫星动力学方程和运动学方程,避免了卫星姿态控制中最终姿态表示的非单值性问题.然后,根据卫星姿态控制系统的数学模型,利用Lya-punov方法设计了滑模控制律,并采用干扰观测器对外界干扰进行估计补偿.为克服滑模控制中存在的抖振,设计了基于干扰观测器的模糊滑模控制器.对卫星姿态控制的仿真结果表明,在外界干扰存在的条件下,设计的控制律能有效地实现卫星姿态控制,避免了传统滑模控制的抖振问题,具有良好的鲁棒性. 展开更多
关键词 误差四元数 干扰观测器 模糊滑模控制 姿态控制
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基于四元数的导弹全方位姿态运动误差研究 被引量:6
6
作者 刘忠 梁晓庚 +1 位作者 贾晓洪 曹秉刚 《弹道学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第2期5-8,14,共5页
基于四元数误差分析的方法,研究了导弹姿态扰动情况下全方位运动的误差问题.通过研究扰动对姿态角和四元数转挟精度的影响,提出了姿态角和四元数的全方位转换算法.该算法采用象限分析的措施,避免了传统转换算法在姿态干扰的情况下... 基于四元数误差分析的方法,研究了导弹姿态扰动情况下全方位运动的误差问题.通过研究扰动对姿态角和四元数转挟精度的影响,提出了姿态角和四元数的全方位转换算法.该算法采用象限分析的措施,避免了传统转换算法在姿态干扰的情况下易发生振荡的问题,将姿态角和四元数的转换范围从-90°~90°空间拓展到-180°~180°空间,使基于全角度算法的姿态控制与非全角度算法相比有抗扰动的能力.仿真结果表明了全角度算法的正确性和抗扰动的能力. 展开更多
关键词 误差四元数 姿态扰动 四元数欧拉角转换 全方位姿态运动
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QUKF算法及其在SINS初始对准中的应用 被引量:19
7
作者 周卫东 乔相伟 +1 位作者 任蕾 吉宇人 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期264-269,共6页
针对捷联惯导系统初始对准过程中的大失准角情况,建立了乘性四元数姿态误差方程。结合UKF算法,提出了基于四元数的UKF算法(QUKF)。以姿态矩阵为对象,通过构造姿态矩阵代价函数的方法来求取四元数的一步预测均值,保证了均值四元数的规范... 针对捷联惯导系统初始对准过程中的大失准角情况,建立了乘性四元数姿态误差方程。结合UKF算法,提出了基于四元数的UKF算法(QUKF)。以姿态矩阵为对象,通过构造姿态矩阵代价函数的方法来求取四元数的一步预测均值,保证了均值四元数的规范化;利用乘性误差四元数表示四元数Sigma点与均值四元数的距离,以求取四元数的预测协方差矩阵。四元数状态更新中,采用乘性四元数更新保证了滤波过程中四元数的规范化。基于该算法的SINS在粗对准水平失准角为小角度、方位失准角为大角度条件下的仿真实验结果表明,与常规EKF相比,纵、横摇角对准精度均略有提高,而航向角误差估计精度提高显著。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 初始对准 四元数无迹卡尔曼滤波 乘性误差四元数
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基于测姿GPS及电子罗盘组合的姿态估计算法 被引量:4
8
作者 章大勇 吴文启 +1 位作者 吴美平 逯亮清 《中国航海》 CSCD 北大核心 2007年第4期33-36,49,共5页
针对低成本姿态测量应用需求,研究了由测姿GPS与电子罗盘组合的姿态估计算法。以捷联姿态误差模型为基础,利用等效倾角误差表示姿态误差,引入角速率误差作为状态参量,通过四元数微分方程推导等效倾角误差传递模型。从GPS双差载波相位测... 针对低成本姿态测量应用需求,研究了由测姿GPS与电子罗盘组合的姿态估计算法。以捷联姿态误差模型为基础,利用等效倾角误差表示姿态误差,引入角速率误差作为状态参量,通过四元数微分方程推导等效倾角误差传递模型。从GPS双差载波相位测量方程和电子罗盘地磁矢量方程出发,从观测量的物理意义出发推导了等效倾角误差为状态参量的非线性观测方程。采用扩展卡尔曼滤波对姿态参数进行状态估计。车载实验表明该算法能够有效地提高姿态测量精度和系统的鲁棒性,具有较好的实用性。 展开更多
关键词 船舶 舰船工程 测姿GPS 电子罗盘 姿态估计 等效倾角误差 四元数
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基于误差四元数的捷联惯导全姿态导航与控制 被引量:4
9
作者 王亚锋 刘华平 +1 位作者 孙富春 张友安 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2007年第4期390-393,共4页
在舵偏控制回路中使用欧拉角姿态信息,是现有飞行器捷联惯导系统普遍采用的方法。为避免垂直状态时欧拉角姿态表示法的算法奇异问题,引入了四元数姿态表示法,但是最终形成偏差输入到舵机的仍旧是欧拉角姿态信息。对此问题,文中分析讨论... 在舵偏控制回路中使用欧拉角姿态信息,是现有飞行器捷联惯导系统普遍采用的方法。为避免垂直状态时欧拉角姿态表示法的算法奇异问题,引入了四元数姿态表示法,但是最终形成偏差输入到舵机的仍旧是欧拉角姿态信息。对此问题,文中分析讨论了捷联惯导系统中,以欧拉角信号控制飞行器舵偏输出(推力矢量输出)的传统方法的两点不足之处:垂直状态时欧拉角姿态算法的物理奇异问题;控制路径过长问题。提出由误差四元数直接控制舵偏输出(推力矢量输出)的新的捷联导航方法。此方法控制路径最短,且克服了物理奇异问题,不局限于飞行器所处的姿态,因此,将其称之为全姿态导航方法。仿真结果表明了此方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 误差四元数 全姿态 奇异 捷联惯导
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一种基于误差四元数的飞行器姿态跟踪系统的滑模控制器 被引量:15
10
作者 冯璐 龚诚 何长安 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第1期17-22,共6页
对于参数不确定和外部扰动的空间飞行器姿态跟踪系统 ,本文提出了采用滑模控制的方法。利用误差四元数建立数学模型 ,选择了一类线性滑动流形 ,并且基于李雅普诺夫函数推导出滑模控制律。理论分析及仿真结果表明 ,本文所求控制律对空间... 对于参数不确定和外部扰动的空间飞行器姿态跟踪系统 ,本文提出了采用滑模控制的方法。利用误差四元数建立数学模型 ,选择了一类线性滑动流形 ,并且基于李雅普诺夫函数推导出滑模控制律。理论分析及仿真结果表明 ,本文所求控制律对空间飞行器跟踪系统具有全局稳定性和鲁棒性。 展开更多
关键词 滑模控制器 误差四元数 飞行器 姿态跟踪系统
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基于轮廓线双向距离场的文物碎片拼接算法 被引量:10
11
作者 袁洁 周明全 +1 位作者 耿国华 张雨禾 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期207-212,218,共7页
在文物碎片自动拼接中,由于断裂部位受损造成几何特征缺失,传统基于几何驱动拼接算法难以拼合。为此,提出一种基于断裂部位轮廓线双向距离场的文物碎片自动拼接算法。通过提取文物碎片表面的显示脊线,从而得到碎片的纹饰特征,采用最小... 在文物碎片自动拼接中,由于断裂部位受损造成几何特征缺失,传统基于几何驱动拼接算法难以拼合。为此,提出一种基于断裂部位轮廓线双向距离场的文物碎片自动拼接算法。通过提取文物碎片表面的显示脊线,从而得到碎片的纹饰特征,采用最小逼近误差法提取表面纹饰轮廓上的特征点,依据顶点曲度值获取断裂面特征点,构建碎片断裂面轮廓线至表面特征点和断裂面特征点的双向距离场,引入欧式距离一致性和凹凸互补性的约束,构造特征描述符,定义匹配度函数获取特征点匹配对集合,使用四元数算法计算刚体变换矩阵,以迭代最近点法实现精确拼合。实验结果表明,与传统断裂面拼接算法相比,该算法能节省拼合时间,且拼合误差较小。 展开更多
关键词 距离场 显示脊线 最小逼近误差法 四元数 迭代最近点
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一种基于误差四元数的战术导弹垂直发射姿态调转控制器 被引量:5
12
作者 敖百强 林维菘 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期98-101,共4页
针对战术导弹垂直发射姿态调转时的快速性要求 ,研究了垂直发射快速姿态调转的控制问题。首先基于误差四元数并结合垂直发射的具体特点 ,建立了战术导弹垂直发射的非线性数学模型 ;然后通过李亚普诺夫第二方法进行控制系统设计 ,得出了... 针对战术导弹垂直发射姿态调转时的快速性要求 ,研究了垂直发射快速姿态调转的控制问题。首先基于误差四元数并结合垂直发射的具体特点 ,建立了战术导弹垂直发射的非线性数学模型 ;然后通过李亚普诺夫第二方法进行控制系统设计 ,得出了基于误差四元数反馈控制器 ,分析了系统的稳定性和鲁棒性。该控制器实现了绕欧拉特征轴的旋转 ,缩短了姿态调转的时间 ,最后通过仿真验证其有效性。 展开更多
关键词 姿态调转 误差四元数 垂直发射 欧拉轴旋转 战术导弹 控制器
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角速率输入下的航姿算法研究 被引量:20
13
作者 黄昊 邓正隆 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2000年第2期21-26,共6页
在某些航姿系统中 ,陀螺采用角速率信号输出。针对这种情况 ,作者推导了几种航姿算法的圆锥运动误差表达式 ,并且在理论上比较了它们的误差。
关键词 航姿系统 误差分析 角速率 信号输入
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卫星姿态跟踪的模糊滑模控制器设计 被引量:3
14
作者 吕建婷 马广富 李传江 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期955-958,共4页
针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种模糊滑模变结构控制器设计方法。首先根据由误差四元数和误差角速度描述的跟踪误差动力学和运动学方程,设计了基于李亚普诺夫方法的滑模变结构控制律。为克服滑模控制中存在的固有的抖振问题,采... 针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种模糊滑模变结构控制器设计方法。首先根据由误差四元数和误差角速度描述的跟踪误差动力学和运动学方程,设计了基于李亚普诺夫方法的滑模变结构控制律。为克服滑模控制中存在的固有的抖振问题,采用模糊控制方法设计了切换控制项。最后对卫星姿态跟踪控制系统进行了仿真研究。结果表明,在参数不确定性及外干扰存在时,所设计的控制方案在实现姿态跟踪控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的。 展开更多
关键词 航天器制导与控制 姿态跟踪 模糊滑模控制 误差四元数
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基于滚动优化的模块航天器姿轨协同控制 被引量:2
15
作者 朱志斌 李果 +1 位作者 何英姿 魏春岭 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期1-8,共8页
在近程导引段,采用偏心连续小推力矢量推进器和力矩输出装置,实现对特定目标的直线逼近、绕飞,同时完成轨道控制和视线姿态稳定。基于T-H方程和误差四元数建立相对姿轨耦合动力学模型,分别对直线逼近段和绕飞段设计相对位置期望轨线,期... 在近程导引段,采用偏心连续小推力矢量推进器和力矩输出装置,实现对特定目标的直线逼近、绕飞,同时完成轨道控制和视线姿态稳定。基于T-H方程和误差四元数建立相对姿轨耦合动力学模型,分别对直线逼近段和绕飞段设计相对位置期望轨线,期望姿态由视线方向计算得到。经典θ-D方法仅在起点处线性化动力学方程,稳定邻域范围有限,不能满足逼近和绕飞相对状态大范围变化的要求。因此基于滚动优化思想,提出分段线性化θ-D次优控制器设计方法,实现相对运动姿轨协同控制。其中姿态直接采用误差四元数矢量部分作状态反馈,降维处理姿轨耦合状态方程。仿真结果表明了该方法的有效性和实用性。 展开更多
关键词 姿轨协同控制 滚动优化 视线稳定 误差四元数 航天器
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捷联惯导姿态误差模型分析 被引量:12
16
作者 毛玉良 陈家斌 +1 位作者 宋春雷 刘朝华 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期182-185,共4页
捷联惯性导航系统以数字平台代替了平台惯导的机械平台。所谓数字平台,即存储在导航计算机中的坐标变换矩阵。四元数和旋转矢量是用来描述捷联惯导系统姿态的两种常用方法。传统的线性误差模型如psi角误差模型、等效倾角误差模型,仅仅... 捷联惯性导航系统以数字平台代替了平台惯导的机械平台。所谓数字平台,即存储在导航计算机中的坐标变换矩阵。四元数和旋转矢量是用来描述捷联惯导系统姿态的两种常用方法。传统的线性误差模型如psi角误差模型、等效倾角误差模型,仅仅适用于误差角非常小的情况。对于误差角比较大的系统,误差模型变得非线性,由此引入旋转矢量误差模型。通过对加性四元数、乘性四元数以及旋转矢量误差模型的分析表明,三者是等价的,并且当误差角很小的时候,乘性四元数误差模型和旋转矢量误差模型可以退化为等效倾角误差模型。 展开更多
关键词 捷联惯导 四元数 旋转矢量 误差模型
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基于旋转四元数的姿态解算算法 被引量:6
17
作者 王彤 马建仓 +1 位作者 秦涛 柏会宁 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2014年第3期15-16,20,共3页
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... 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。 展开更多
关键词 捷联惯导 不可交换误差 旋转四元数 低动态
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小型无人直升机嵌入式导航系统算法与飞行试验 被引量:3
18
作者 宋彦国 郭剑东 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2011年第2期224-229,共6页
基于微陀螺、加速度计、磁强计以及GPS模块构建了姿态航向位置参考系统(Attitude heading position ref-erence system,AHPRS)。首先,通过等效旋转矢量法由陀螺解算出估计姿态角;其次通过GPS、加速计的测量值,结合磁强计估计补偿姿态角... 基于微陀螺、加速度计、磁强计以及GPS模块构建了姿态航向位置参考系统(Attitude heading position ref-erence system,AHPRS)。首先,通过等效旋转矢量法由陀螺解算出估计姿态角;其次通过GPS、加速计的测量值,结合磁强计估计补偿姿态角,推导基于误差四元数的滤波方程,滤波器的周期采用GPS的更新周期;然后,为降低导航方程的阶次,忽略姿态角的误差小量简化方程,提高了系统的解算实时性;最后,通过仿真与飞行试验验证了该姿态估计系统具有很好的姿态估计精度,满足微小型飞行器的姿态估计要求。 展开更多
关键词 导航 等效旋转矢量 误差四元数 姿态估计
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基于误差四元数分解的刚体姿态跟踪滑模控制 被引量:3
19
作者 李铁军 黄海 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期28-36,53,共10页
对于转动惯量参数时变和参数不确定以及外部扰动和作用力矩方向偏差的刚体姿态跟踪系统,文章提出了采用滑模控制的方法。利用误差四元数建立数学模型,通过误差四元数分解进行反馈线性化得到指令角加速度;设计滑模控制律,实现指令角加速... 对于转动惯量参数时变和参数不确定以及外部扰动和作用力矩方向偏差的刚体姿态跟踪系统,文章提出了采用滑模控制的方法。利用误差四元数建立数学模型,通过误差四元数分解进行反馈线性化得到指令角加速度;设计滑模控制律,实现指令角加速度跟踪。仿真结果表明,文章所求控制律对刚体姿态跟踪系统具有稳定性和鲁棒性。 展开更多
关键词 鲁棒性 误差四元数 姿态跟踪系统 滑模控制 飞行器
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自适应抗差Kalman滤波在多天线原始观测值瞬时姿态确定中的应用 被引量:10
20
作者 甘雨 隋立芬 +1 位作者 刘长建 董明 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第9期945-951,共7页
由载波相位观测值直接解算姿态能实现观测及姿态约束信息的最优利用。本文推导了基于失准角及乘性误差四元数的载波相位观测模型,分别建立了有外部角速度传感器和无外部传感器辅助下姿态参数估计的状态模型;利用自适应抗差滤波估计姿态... 由载波相位观测值直接解算姿态能实现观测及姿态约束信息的最优利用。本文推导了基于失准角及乘性误差四元数的载波相位观测模型,分别建立了有外部角速度传感器和无外部传感器辅助下姿态参数估计的状态模型;利用自适应抗差滤波估计姿态误差,借鉴分类自适应因子的思想,分别确定模糊度和姿态误差参数的自适应因子,其中姿态自适应因子由Ratio值构造的三段函数确定。自适应抗差滤波能够充分利用约束信息和历史信息,将其融合在浮点解计算过程中,极大提高模糊度浮点解精度及其协方差的结构,在此基础上使用整数最小二乘模糊度降相关平差法(least-squares ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)方法即能快速搜索出固定解,满足实时性需求。采用实测舰载GNSS 3天线测姿算例对方法进行了验证,结果表明,基于自适应抗差滤波的观测值直接定姿方法效率高、可靠性好。 展开更多
关键词 自适应抗差滤波 分类自适应因子 多天线 瞬时解算 误差四元数 失准角
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