基于角速度和角增量的捷联惯导姿态算法比较与设计指导

本文主要探讨了捷联惯性导航系统（ strapdown Inertial Navigation System, SINS）中的姿态算法设计问题，特别是在角速率和角增量采样方式上的选择。当前，捷联惯性姿态计算领域存在着多种算法，如四元数算法和方向余弦算法，这些算法的分类、区分以及在实际应用中的选择对于系统设计者来说是一个挑战。 作者尹剑等人针对这一问题，首先梳理了不同类型的捷联惯导姿态算法，它们依据数据处理方式的不同，可以分为基于连续角速率和角增量的实时算法，以及基于积分角速率和角增量的批处理算法。实时算法通常用于对飞行器姿态进行快速响应，而批处理算法则在计算精度上可能更高，但响应速度较慢。 在文中，作者详细介绍了四元数算法，这是一种常用的角度表示方法，它能有效地处理旋转和组合旋转，但在处理大角度旋转时可能会遇到精度问题。另一方面，方向余弦矩阵（Direction Cosine Matrix, DCM）方法通过计算方向之间的关系来表示姿态，适用于处理旋转序列，但处理复杂运动时计算量较大。 通过仿真手段，作者对这些算法进行了对比和分析，着重考察了它们在处理噪声、动态误差以及计算效率等方面的性能。根据实际应用场景的需求，如飞行器的实时控制、地面站的数据融合等，设计者需要权衡算法的实时性、精度和资源消耗，选择最合适的姿态算法。 本文的关键词包括捷联惯性导航、姿态计算、角速度和角增量，强调了在设计过程中对这些关键因素的考虑。文章最后给出了参考文献格式和相关学术领域的分类号，以及文章的索引和代码，为从事此类研究的设计者提供了一种实用的指南。 总结来说，这篇论文为捷联惯性导航系统的姿态算法设计者提供了一个实用的参考框架，帮助他们理解各种算法的特点，并根据具体的应用需求进行选择，从而优化系统的性能和可靠性。这对于推进我国乃至全球的惯性导航技术发展具有重要的实际意义。