捷联惯导系统中初始四元数计算

捷联惯导系统的姿态矩阵主要采用四元数法来求解，捷联惯导系统初始四元数正确与否决定了初始姿态精度。初始四元数计算是基于方向余弦矩阵和四元数的代数关系和转动的几何特点。本文列出几种初始四元数的计算方法，并作简单的比较分析。     

全姿态飞机捷联式系统姿态角的计算

本文讨论了飞机做全姿态角运动时捷联式系统姿态角计算中存在的几个问题:（1）为保证单值地确定飞机在空间的角位置,应恰当地规定姿态角的定义域;（2）由方向余弦矩阵元素求姿态角时要进行反三角函数运算,当反三角函数的自变量的分母或分子趋于零时会引起较大的误差,甚至导致计算机溢出,这些都应设法避免;（3）当俯仰角趋于±90°附近的小锥形区域时,三个姿态角自由度退化为两个自由度,这时姿态角的定义与计算方法应做新的改变。本文分析与解决了上述问题,给出了计算姿态角的程序框图。数学模拟的结果证明了理论分析的正确性。     

陀螺输出信号的超高速处理

采用硬件描述语言VHDL设计了专用于方向余弦阵计算的集成电路,可用于对激光陀螺或挠性陀螺输出的脉冲信号或脉宽调制信号进行方向余弦阵计算。输入脉冲频率最高可达1 MHz;分辨力为1.57＂时,最大角速率可达400(°)/s。方向余弦阵的元素采用64位有符号定点数表示,计算精度达1.08×10-19。硬件结构采用64位宽度的循环移位链,核心计算单元由46个8位加法器构成3级流水线并行处理。     

利用ANSYS进行转子临界转速计算

利用ANSYS 12.0软件建立转子-支承系统的一维模型和三维模型,计算了两种模型的临界转速和振型。并把两种模型的计算结果与用传递矩阵法求得的计算结果进行了对比。通过对比发现一维模型求解法与三维模型求解法的最大相对误差为5%,另外一维模型求解法对计算机的配置要求低,计算耗时短。     

全隐式TVD格式求解二维Euler方程的对角化算法

本文采用有限体积法,Chakravarthy提出的基于近似Riemann解的全隐式TVD差分格式求解二维非定常Euler方程。采用牛顿法对半离散化后的全隐式差分方程进行线性化,然后对线性化后的方程采用近似因式分解法处理,得到了两组三对角块矩阵方程组。在求解该方程组时,采用了矩阵对角化思想使原来的4×4三对角块矩阵方程组转化为4组分离的三对角代数方程组,因而大大节省了求解方程组所耗费的计算时间,提高了计算效率。通过对翼型的跨声速绕流问题及圆柱超声速流动问题的计算,证实了本文算法不但简便可靠,而且还具有较强的通用性。采用TVD格式捕捉到的激波分辨率高,上、下游无任何波动。     

解决多重命中易损性评价的一种改进的马尔可夫链法

本文提出了一种解决多重命中易损性评价的改进的马尔可夫链法，用动态转换矩阵替代静态的转换矩阵，给出了求解动态转换矩阵的解法，并用该方法进行了实例计算。使用本文提出的改进的马尔可夫链法可使计算结果更符合实际。     

刚体姿态仿真方法研究

首先论述了姿态描述的四种方法:欧拉角、欧拉轴旋转参数、方向余弦和四元数法,重点介绍了四元数法在飞行器运动学上的应用,它消除了欧拉方程的奇异性,计算效率也远远优于其他三种方法;最后讨论了数值仿真的方法及误差。     

提高飞行器姿态角计算精度的方法研究

分析了传统的通过方向余弦矩阵、四元数形式的飞行器转动微分方程数值积分结果确定姿态角方法的不足,介绍了基于改进的牛顿法确定飞行器姿态角的方法.基于多次测量均值效应原理,介绍多使用上述两种方法中的元素提高飞行器姿态角计算精度的算法及仿真结果.     

用四阶Runge-Kuta法和TVD格式求解两维跨超音流场

利用坐标转换给出两维任意曲线坐标系下雅可比矩阵特征值、特征向量及Harten型TVD格式的详细表达式, 并结合四阶Runge-Kuta法发展了一种新的、有效的求解超音、跨音流场的算法。数值计算表明, 本文的方法可有效地求解跨音流场。      

紧致格式数值模拟超音速粘性绕流问题

通过数值求解可压Navier-Stokes方程的方法计算了球锥粘性绕流问题。方程中粘性项按通常办法逼近,为改善收敛速度利用了文[1,2]中之算子附加修正方法。方程中之流向导数利用了四阶精度的紧致差分。这是由于该方向上流动参量光滑和边界条件易于处理的缘故。在法向方向上利用了中心差分。对差分方程之隐式部分利用了近似因式分解法。由于选用了文[3]中之特殊Jacobiall系数矩阵分裂法而使计算工作量大为减少。用这种方法计算了超音速粘性绕流问题。计算结果与实验结果相符很好。     

空间信号完好性监测技术研究

星基增强导航系统(SBAS)通过向用户提供用户差分距离误差(UDRE:User Differential RangeError),来保证广播星历和星钟改正数的精度。本文设计了UDRE的一种改进算法,建立卫星导航系统星钟和星历误差的状态方程和量测方程,进行卡尔曼滤波计算星历与星钟误差改正数与改正精度,通过滤波误差估计精度矩阵计算UDRE,并做了相应的仿真分析和比较,结果表明:改进算法能够对UDRE做出更好的估计来满足星历及钟差改正误差相对应的伪距误差的置信限值。     

双欧法与四元数法的应用比较

对解决欧拉方程奇异性的双欧拉和四元数法进行了对比研究，四元数法从理论上讲比较完美，但实际应用中存在较大的累积计算误差，从而影响计算精度；双欧法利用正、反欧拉方程间精华区倒挂关系进行分区交替运算，把精华区扩展到全域，不仅根除了奇异性，而且计算误差小。因此，对于解决欧拉方程奇异性来讲，双欧法要优于四元数法。     

状态空间气动弹性模型及其在颤振计算中的应用

本文评述了已有的状态空间气动弹性模型,并对它们提出了一些改进意见。本文还提出了一种新的状态空间气动弹性模型。用两种机翼为例进行了颤振计算。算例表明:这种新的状态空间气动弹性模型是一种精度较高而阶数较低的模型。本文还提出了用状态空间气动弹性模型进行颤振计算时自动识别模态及自动确定颤振点的方法。     

用一种新的极点配置方程确定双输入多输出系统的控制律

 本文导出了双输入多输出系统的极点配置方程。它们的形式和通常所用的极点配置方程形式不同。证明了方程的一个性质,利用这个性质可以较好地控制各个特征值配置的精度。算例表明,用这种方法配置的极点的精度比用“秩一控制器”方法有较大改善。     

基于沿迹差修正部分轨道参数的两步法定轨

通过分析预报误差与轨道确定参数误差的关系,提出一种使用二次多项式对沿迹差随时间变化的函数进行拟合,并根据拟合结果修正半长轴、面质比参数误差的定轨方法.仿真计算表明：对于稀疏观测数据,该方法的处理结果优于常规的最小二乘轨道确定方法;对于高度在400 km以上的低轨目标,根据该方法得到的定轨结果,预报5d的位置误差小于22 km,与SGP4（Simplified General Perturbations Version 4,简化普适摄动4）/SDP4（Simplified Deep space Perturbations Version 4,简化深空摄动4）水平相当.该方法是一种适用于双屏电子篱笆稀疏观测数据的批量数据轨道确定方法.     

天基低轨空间监视雷达密集短弧观测数据的定轨应用研究

当天基雷达采用多波束扫描时,每次与空间目标交会可获取类似跟踪的观测数据。本文讨论了这些密集短弧观测数据在目标轨道改进中的应用。在没有测量时,采用矩阵Ricatti方程计算状态误差;引入观测数据时,比较了EKF和UKF两种滤波算法的轨道改进效果。仿真表明,UKF的收敛速度优于EKF;天基短弧观测数据可以很好地抑制误差发散,满足监视任务需求。     

连续时间系统的定常状态估计器

 对于线性定常的连续时间系统,当系统和测量噪声为平稳白噪声过程时,研究了定常的状态估计器的设计方法。为了改进传统的Kalman-Bucy滤波器的瞬态性能,提出了两种新的性能函数的定义,从而给出了两种便于工程应用的修正的Kalman-Bucy滤波器。     

Accurate attitude estimation of HB2 standard model based on QNCF in hypersonic wind tunnel test

The accuracy of the HB2 standard model attitude measurement has an important impact on the hypersonic wind tunnel data assessment. The limited size of the model and the existence of external vibrations make it challenging to obtain real-time reliable attitude measurement. To reduce the influence of attitude errors on test results, this paper proposes a Quaternion Nonlinear Complementary Filter (QNCF) attitude determination algorithm based on Microelectromechanical Inertial Measurement Unit (MEMS-IMU). Firstly, the threshold-based PI control strategy is adopted to eliminate noise effect according to the Acceleration Magnitude Detector (AMD). Then, the flexible quaternion method is updated to carry out attitude estimation which is operational and easy to be embedded in the Field Programmable Gate Array (FPGA). Finally, a high-precision three-axis turntable test and a hypersonic wind tunnel test are performed. The results show that the pitch-roll attitude errors are within 0.05° and 0.08° in the high-precision three-axis turntable test in a calculation time of 100 s respectively, and the attitude error is within 0.3° after the elastic angle correction in the hypersonic wind tunnel test. The proposed method can provide accurate real-time attitude reference for the analysis of the actual movement of the model, exhibiting certain engineering application value with robustness and simplicity.     

长航时高精度惯导系统姿态阵的四种解算方法

高精度惯性导航系统是保证水下或水面运载体长时间安全航行及搭载的仪器设备正常工作的关键技术之一,姿态阵解算是其核心问题。通过分解姿态阵以及分别采用Euler角和四元数描述姿态参数,建立解算姿态阵的四种方法;分别对这四种方法中的姿态模型进行扰动,并研究相应线性化误差模型的精度及其影响因素;利用数值仿真法对四种姿态解算方法的结果及对应的线性化误差模型的精度进行了比较分析,结果表明:姿态阵解算分解法显著差别于整体法,采用Euler角或四元数描述姿态参数对姿态阵解算精度的影响不显著,分解法对应的线性化误差模型的精度优于整体法。