基于扩展克雷洛夫角的全姿态导航解算方法

作     者：魏宗康 高荣荣 WEI Zongkang;GAO Rongrong

作者机构：北京航天控制仪器研究所北京100854 

出 版 物：《中国惯性技术学报》 (Journal of Chinese Inertial Technology)

年 卷 期：2021年第29卷第5期

页      面：594-603页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国防科技创新特区项目(18-163-15-LZ-001-002-10) 

主　　题：四元数 克雷洛夫角 扩展克雷洛夫角 双欧拉角 全姿态导航 

摘      要：传统的克雷洛夫角法经过三次坐标轴旋转后得到姿态矩阵,此方法的缺点是当中间角接近±90°时,会出现退化现象,且姿态解算精度与三次旋转顺序相关联。针对以上克雷洛夫角法的不足,提出一种基于四次旋转的扩展克雷洛夫角的全姿态导航解算方法。首先,由计算得到的四次旋转下的克雷洛夫角坐标变换矩阵和角速度方程判断四个角度存在的冗余性,并进行约束。其次,为了得到导航姿态的唯一响应,提出一种因果约束策略,对四个角度进行约束,最终得出仅以外环轴角为因变量的控制策略,进而完成全姿态导航解算。结合试验数据和综合仿真结果表明:当外环轴角在不同区域内采取不同的控制策略时,导航解算在全范围内不存在奇异值问题,且最终导航解算得到的四个姿态角误差小于7.2″,具备较高的精度。