超声波果树冠层测量定位算法与试验

本文利用姿态航向参考系统、RTK-DGPS和超声波传感器,研究超声波果树冠层扫描时探测点在大地坐标系下的定位问题,建立了定位算法以校正车身倾斜对测量点位置计算的影响。文中考虑了车体的位置和姿态角信息以及超声波传感器安装的位置角度关系,利用一次、二次坐标转换建立算法模型,求解得到超声波探测点的绝对坐标位置。并利用农用拖拉机进行了直线行走试验和果树冠层扫描试验,其中的直线行走试验验证了校正模型的正确性。试验表明:通过姿态角和位置信息等建立的校正模型,消除了车体姿态角变化的影响,能正确解算作业车上任意点的大地坐标位置和冠层上超声波传感器探测点的大地坐标位置,使作业车辆在不平路面上工作时仍能准确地测绘出果树冠层形状。

方向余弦矩阵中四元数提取算法比较

在捷联惯性导航系统姿态算法中,用四元数取代方向余弦阵来描述姿态变化具有计算量小、精度高、不存在奇异问题的优点。在实际工程应用中常常需要从方向余弦矩阵中提取对应的旋转四元数,但是经典的提取算法可能会出现平方根计算时根号内出现负值的情况,从而使四元数的提取失败。针对这一问题,总结了现有文献中提出的两种新算法,并从计算量和计算精度的角度对这几种算法进行了分析对比,通过比较发现基于特征值和特征向量的提取算法实现了计算量和精度的最佳组合,为工程应用提供了有价值的参考。

极区飞行间接格网惯性导航算法

为克服极区经线收敛引起的惯导系统定位定向难题,同时为实现中低纬度地区和高纬度地区导航算法形式的统一,提出了以游移方位惯导编排为内核的极区间接格网导航算法。推导了游移坐标系和格网坐标系间的方向余弦矩阵,以此可间接获取格网航向和格网速度,同时用地心地固坐标替换经纬高定位参数,解决了极区的导航定位问题。仿真分析了两组特定飞行轨迹下的算法性能,并与直接格网惯导力学编排算法进行了比较,结果表明二者导航精度相当,可满足极区导航的需要。

捷联惯性导航、制导系统中方向余弦矩阵的递推算法

数十年来,四元数及其解法成功地应用于捷联惯性导航和制导系统中,成为经典的算法。它定义了从导航坐标系到飞行器体坐标系的四元数,然后给出四元数更新方程,再根据实时确定的四元数求出体系到导航坐标系的方向余弦矩阵,以便将测得的体系的视速度增量转换到导航系。从制导和导航角度看,上述方向余弦矩阵是必不可少的,而四元数却是中间变量,因此,本文跨越了四元数及其算法,根据方向余弦矩阵微分方程直接导出方向余弦矩阵的更新递推公式。数学仿真表明该算法的精度与四元数算法接近,但它具有更容易理解、计算量小、编程简单等优点,可以代替四元数方法。

三叉杆滑移式万向联轴器的动力学分析

针对工程实际 ,计入摩擦力和惯性力对三叉杆滑移式万向联轴器的输入轴套筒进行动力学分析 ,在运动分析的基础上对三叉杆滑移式万向联轴器的受力提出一种分析模型后 ,利用此模型建立了既简单又实用的三叉杆滑移式万向联轴器的力学表达式。

姿态变换矩阵性质的研究

首先给出了向量代数的一些基本性质 ,从姿态矩阵的定义出发 ,证明了姿态矩阵中行向量与列向量的归一性 ,正交性 ,两姿态矩阵的有序性及小角度旋转姿态阵的无序性和可加性 ,计算了姿态矩阵的特征值 ,讨论了特征向量的计算方法及几何意义。

仿生关节机构运动分析

建立了基于渐开线环形齿球齿轮的仿生关节机构的运动学模型。分析了关节结构特点,定义了坐标系以及与偏转运动密切相关的三个参数,归纳得到了偏转轴方位,推导出关节的变换矩阵,利用方向余弦法分析得到了机构的运动学方程,并用Matlab和SolidEdge仿真验证了结论的正确性。

捷联姿态计算中方向余弦与四元数法分析比较

捷联惯性姿态计算中,传统观点认为,方向余弦法由于需要维护9个参数,而四元数法只需要4个参数,从而四元数法得到了广泛应有,成为经典算法。但是从捷联惯性导航与制导的整个过程看,方向余弦矩阵是必不可少的,而四元数却是中间变量。通过对方向余弦与四元数姿态算法进行深入分析比较,并对2种算法进行仿真表明:这2种算法精度相当,且方向余弦法具有容易使用、计算量小、编程方便等优点,因此完全可以替代四元数法。

战车用惯性定位定向系统的支架误差分析及补偿

战车用惯性定位定向系统由于采用双轴陀螺平台结构,不可避免地存在着支架误差,从而影响系统航向精度。应用球面三角法和方向余弦矩阵法分别推导出双轴陀螺平台的支架误差公式,发现由这两种方法推导出来的公式计算结果是一致的。最后通过数学仿真和分析,给出了支架误差与载体的姿态角之间的定量关系。根据此误差公式,对惯性定位定向系统的航向输出能够进行误差补偿,从而保证了动态条件下定位定向系统的航向输出精度。

坐标转换理论及其在半实物仿真姿态矩阵转换中的应用

以临近空间飞行器半实物仿真试验需求为背景,利用坐标转换理论推导了航空和航天两种体系下姿态矩阵的关系。首先,介绍了坐标转换理论,包括两种直角坐标系之间的转换关系,以及两种不同参考系下的姿态矩阵转换关系。然后,分析了航空和航天体系下坐标系之间的关系,推导了从航天体系下姿态矩阵到航空体系下姿态矩阵的转换关系。半实物仿真试验表明,推导的方法正确可行,保证了临近空间飞行器导航系统的仿真验证。

三叉杆滑块式万向联轴器的运动分析

利用方向余弦矩阵对三叉杆滑块式万向联轴器的关键部件———滑块进行运动分析,得出了滑块的速度和加速度表达式。为这种万向联轴器后续的动力分析提供了基础,也为一般的运动分析提供了参考。

MTi姿态测量系统在机器手抓取中的姿态测量及分析

为了实现对仿人机器人手臂的三维运动姿态进行测量分析,利用MTi姿态测量系统对机器手抓取物体运动姿态的测量,通过对MTi输出的姿态数据进行分析,观察抓取过程中不同的运动姿态,机器手的加速度、角加速度以及在磁场坐标中的位置变化,实现对仿人机器人手臂的抓取物体的三维运动姿态进行测量分析,获取准确的运动姿态方位角。为机器手抓取物体的轨迹规划和提高抓取成功率提供试验基础。

钻地弹引信定深爆炸控制算法

为实现定深爆破,利用惯性测量原理,合理配置钻地弹引信上加速度计空间位置。通过对加速度计输出信息的实时处理,获得了钻地弹侵彻过程中加速度和角速度信息。求解四元数微分运动方程,计算出弹体坐标系和惯性坐标系之间的变换矩阵。分解了方向余弦矩阵,将加速度计输出转换为钻地弹沿惯性坐标系的加速度分量。二次积分加速度分量,得到钻地弹瞬时轨迹信息,为定深引信提供了炸深控制参数。

坐标变换方法及在卷弧翼弹弹道仿真中的应用

方向余弦阵、欧拉角法和四元数法是将导弹运动的矢量式变换到标量形式的导弹运动方程组常用的方法,文中分别通过绕质心运动的方程组和欧拉角定义的几何图形分析了欧拉角出现奇异的情形。分别按231转动和按321转动的次序采用欧拉角法和四元数法建立导弹运动方程组,并经仿真计算,得出欧拉角和四元数在不出现奇异的情况下,所得的结果比较接近的结论,以及导弹的轴向高速旋转有助于保持法向和横向稳定性的结论。

基于选星算法的GPS载体姿态测量系统研究

传统的GPS载体姿态测量算法是利用全部可见卫星的测量信息进行姿态计算的,针对这一情况提出将选星算法应用于姿态测量过程的改进算法。首先依据参数的约束条件,确定选星数目为5,在解算方程组中,存在GDOP值随方向余弦矩阵的行列式绝对值的增大而总体趋势减小的关系,记录下能使方向余弦矩阵行列式绝对值最大的5组卫星组的行列式绝对值及其卫星标号,分别计算这5组卫星组的GDOP的值,GDOP值最小的即为选星结果。MATLAB仿真结果表明,改进的算法虽然在基线解算的精度上降低了一个数量级,基线误差由毫米级降低到厘米级,但是姿态角的解算精度与原算法相当,并且在程序运行时间方面提高了将近一倍。在工程应用中,对于载体的姿态解算在时间代价方面要求较高,因此,改进的算法有一定的优越性。

捷联惯导系统四元数转换误差分析

捷联惯性导航系统中,根据四元数与直余弦矩阵的关系可以得到3种转换矩阵。充分分析了这3种转换方案所产生的误差。并在恒定角速率下对3种不同转换矩阵中漂移误差、不对称误差和刻度误差进行评估,最后通过仿真验证了分析结果。

正余弦矩阵函数的精细积分算法

利用正、余弦函数的倍角公式,提出了一种原理简单、实施容易的矩阵正、余弦函数的精细积分算法。该方法不需要求矩阵的特征值和特征向量,避免了级数展开解法计算精度不高,效率较低的缺点,具有较高的计算精度和效率,并用数值算例表明了该方法的有效性。

射频仿真系统目标模拟能力拓展方法研究

在射频仿真系统中,射频目标模拟受到目标模拟阵列视场角的限制,引入倾斜惯性坐标系可以改善这一问题。针对射频仿真系统中由于引入倾斜惯性坐标系带来的实际工程问题,通过剖析问题本质,利用坐标变换推导修正算法,最终得出了相应的目标模拟能力拓展方法。仿真结果表明,该方法能够在不改变末制导雷达的目标检测信息的前提下,通过参数优选有效拓展射频目标模拟范围、提高目标模拟精度,并改善三轴飞行转台姿态模拟性能。

6-PPPS正交六自由度并联机构的位置正反解

针对一种新型6-PPPS并联机构,提出方向余弦阵法进行位置正反解的解析求解。利用机构运动副的运动参数构建并联动平台的方向余弦阵,通过添加约束条件,得到唯一的反解,同样方法可得出所有从动移动副的运动参数。根据方向余弦阵的性质构建约束方程,利用Maple软件辅助求得8组解析正解。根据球铰的约束,发现该机构实际正解唯一,给出了唯一正解的求取方法。

基于四元数的姿态变换关系在SAR运动补偿中的应用

SAR运动补偿技术是SAR系统获得高质量图像的关键。当雷达载体发生横滚角、俯仰角和偏航角运动时,天线平台需要得到实时的姿态角以稳定天线的指向,而捷联惯导系统能满足这一要求。捷联矩阵的实时修正是捷联系统姿态解算的主要任务,考虑到系统实时性和稳定性的要求,用一种新的方法推导了四元数与姿态角的变换关系,并根据此关系分析了载机角运动误差对SAR成像的影响。基于四元数的方法能减少SAR运动补偿中复杂的三角函数运算,提高了运算效率,增强了系统的实时性。