基于加性对偶四元数的惯性∕天文组合导航算法

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1、2013年6月北京航空航天大学学报June2013第39卷第6期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No-6基于加性对偶四元数的惯性／天文组合导航算法钱华明孙龙黄蔚刘璇(哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001)(黑龙江科技学院电气与信息工程学院，哈尔滨150029)摘要：为了提高惯性／天文组合导航系统在高动态条件下的导航精度，提出了一种基于加性对偶四元数的惯性／天文组合导航算法．该算法将载体的旋转和平移统一起来，使用螺旋矢量更新对偶四元数，同时补偿圆锥误差和划船误差．推导了组合导航系统基于加性对

2、偶四元数的误差模型和导航参数误差的计算方程；把陀螺仪和加速度计的常值误差扩充到状态变量中，随机误差作为系统噪声输入，利用星敏感器输出参数来校正陀螺漂移，通过卡尔曼滤波对状态变量进行估计．仿真结果表明：在高动态条件下，基于对偶四元数的惯性／天文导航算法的导航精度比传统算法提高2倍多．关键词：组合导航；对偶四元数；加性误差；螺旋矢量中图分类号：V249．3文献标识码：A文章编号：1001—5965(2013)06-0739-06SINS／CNSintegratednavigationalgorithmsbasedondualquaternionQianHuamingSunLongHuan

3、gWei(CollegeofAutomation，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)LiuXuan(CollegeofElectricalandInformationEngineering，HeilongjiangInstituteofScienceandTechnology，Harbin150027，China)Abstract：Inordertoimprovethenavigationprecisionofstrapdowninertialnavigationsystems／celestialnavigationsyst

4、ems(SINS／CNS)integratednavigationsysteminhighdynamicconditions，aSINS／CNSinte—gratednavigationalgorithmwhichbasedontheadditivedualquaternionwasproposed．Therotationandtrans‘lationofcarrierwereunifiedbvthisalgorithm，andtherotationvectorwasusedtoupdatedualquaternionandcomDensateconingerrorandsculli

5、ngerroratthesametime．Andderivederrormodelbasedontheadditivedualquaternionanderrorequationsofnavigationparameters．Thentheconstanterrorsofgyroandaccelerome。terwereextendedtobestatevariables．atthesametimerandomerrorwasusedasthesysteminputnoise，andgyrodriftwascorrectedbyoutputparametersofstarsensor

6、s．Finally，Kalmanfilterwasusedtoestimatethestatevariables．ThesimulationresultsshowedthatthenavigationprecisionofSINS／CNSintegratednavigationalgorithmbasedontheadditivedualquaternionisincreasedbytwotimesmorethantraditionalalgorithminhighdynamicconditions．Keywords：integratednavigation；dualquaterni

7、on；additiveerrormodel；rotationvector惯性／天文组合导航系统(SINS／CNS，Strap—downInertialNavigationSystems／CelestialNaviga—tionSystems)是一种利用天体测量信息和惯性测量信息获取高精度导航参数的导航系统，具有自主性强、测姿精度高的特点，而且还可以通过天文量测信息有效地修正陀螺漂移，因此被广泛地应用到高空无人机、弹道导弹、卫星和深空探测等高性能导航载体．收