圆锥运动下姿态解算算法研究

摘要

为研究载体在圆锥运动下的姿态算法,针对角速率陀螺,提出了基于单步长Newton后插的角速率旋转矢量优化三子样算法,分析该算法与传统四元数方法对姿态误差的影响。应用刚体有限转动原理,针对角速率输入的特点,推导旋转矢量三子样算法；由标准圆锥运动下姿态误差最小原则计算旋转矢量优化三子样算法；提出单步长全采样递推、多步长全采样及单步长Newton后插的三种角速率提取方法。在半圆锥角为3°,角频率为2πrad/s的圆锥运动下,仿真结果表明,基于单步长Newton后插的旋转矢量优化三子样算法的最大误差峰峰值为0.01°,误差漂移率为0.036°/h,明显优于其它两种算法。在以上仿真条件下,对比基于单步长Newton后插的旋转矢量优化三子样算法与传统四元数算法,新算法的误差漂移率为0.036°/h,远小于传统四元数算法的1.692°/h,验证了基于单步长Newton后插的旋转矢量优化三子样算法解算载体做圆锥运动时的姿态具有较高的精度。