比较分析：六种捷联惯导系统姿态算法的精度与圆锥运动仿真

本文主要探讨了捷联惯性导航系统（SINS）中姿态算法的关键性和实用性。姿态算法作为SINS的核心组成部分，它负责处理传感器数据以确定系统的朝向和位置信息，这对于导航系统的精确度至关重要。研究者孙丽和秦永元针对实际应用中的常见姿态算法，如欧拉角法、方向余弦法、四元数算法、罗德里格斯参数法以及优化旋转矢量算法和一种改进的递推旋转矢量算法进行了深入的分析。 欧拉角法是早期常用的算法，它简单直观，但容易遇到“ gimbal lock”问题，即两个轴之间的角度接近180度时，旋转矩阵的性质会变得不稳定。方向余弦法通过计算单位方向向量来表示方向，虽然避免了欧拉角法的问题，但仍然可能导致数值不稳定。四元数算法则通过复数形式表示旋转，具有更好的连续性和避免奇异性的特性，是许多现代算法的首选。 罗德里格斯参数法是一种利用最小二乘准则的参数化方法，能够更精确地描述旋转，且计算效率较高。优化旋转矢量算法则通过优化向量长度和方向来实现旋转，简化了计算步骤。最后，改进的递推旋转矢量算法可能结合了前者的优点，并通过迭代或自适应更新策略提升了算法的鲁棒性和稳定性。 作者们选择在典型圆锥运动输入下对这些算法进行仿真，这是因为在实际导航环境中，系统可能会遭遇复杂的运动模式。这种模拟环境允许他们评估算法在不同条件下的性能，例如对于快速旋转或非线性运动的适应能力。通过比较仿真结果，研究者提供了对各算法优缺点的详细分析，为姿态算法的设计和优化提供了有价值的参考依据。 总结来说，本文的贡献在于对多种惯性导航系统姿态算法的深入对比和实证分析，这对于提高SINS的导航精度和鲁棒性具有重要意义，同时也为相关领域的研究者和工程师提供了实用的技术指导。