第四章: 对姿态更新的四元数法进行了重点研究,分析了四元数更新的常用方法即皮卡逼近法和龙格-库塔数值微分法,本文最终采用四元数皮卡逼近法。
第五章:对捷联惯性弹箭姿态测试系统的软件实现技术进行了初步的探索,建立了一种软件实现流程图,并应用汇编语言编程实现了弹箭姿态测试的基本功能,得到了仿真结果并进行了分析。
1 常用坐标系的定义及其变换
2.1.1 坐标系的定义
1)惯性坐标系[17] :原点在地球中心, , 轴在地球赤道平面内互相垂直并指向相应的恒星, 轴为地球自转轴。惯性器件(陀螺仪和加速度计)的测量均是以惯性坐标系为参考基准。
2)地理坐标系 :原点为载体质心, 轴指向东, 轴指向北, 轴指向天顶。即“东北天”坐标系,本文将地理坐标系选为导航坐标系。
3)载体坐标系 :原点为载体质心, 轴沿载体横轴向右, 沿载体纵轴向前, 沿载体立轴向上。
4)地球坐标系 :原点为地球中心, , 轴在地球赤道平面内相互垂直, 指向格林威治子午线, 轴为地球自转轴。因此,地球坐标系是和地球固连的, 轴和惯性坐标系的 轴重合,相对于惯性坐标系的转动角速度为 。
2.1.2 坐标系变换
应用连续旋转法,首先将两组坐标系完全重叠,然后是其中一组绕相应轴旋转某一角度,根据两组坐标系间的关系,决定是否需绕另相应轴分别作第二、第三次旋转,直至形成新坐标系的最终姿态。
2.1.2.1 载体坐标系与地理坐标系之间的关系——姿态矩阵
偏向角[18] :载体纵轴在水平面的投影与地理子午线之间的夹角,规定以地理北向为起点,偏东方向为正,定义域 。
俯仰角 :载体纵轴与纵向水平轴之间的夹角,规定以纵向水平轴为起点,向上为正,向下为负,定义域 。
侧倾角 :载体纵向对称面与纵向铅垂面之间的夹角,规定从铅垂面算起,右倾为正,左倾为负,定义域 。
地理坐标系 绕 轴负向转角 得 , 绕 轴转角 得 , 再绕 轴转角 得到载体坐标系 。因此载体坐标系与地理坐标系之间的关系用方向余弦矩阵表示为:
由姿态矩阵提取姿态角和航向角如下:(2.2)
比较式(2.1)和式(2.2)得:(2.3)
偏向角和侧倾角的真值由表2.1和表2.2[19]确定
表2.1 偏向角 真值表
表2.2 侧倾角 真值表
2.1.2.2 地理坐标系与地球坐标系之间的关系
设S为地球表面,S的经度和纬度分别为 和 ,则S点处的地理坐标系可由地球坐标系做三次旋转确定,即地球坐标系 绕负 轴转角 得 , 绕 轴转角 得 , 再绕 轴转角 得地理坐标系 ,因此地理坐标系与地球坐标系之间的关系用方向余弦阵表示为:
所以位置矩阵为:
从位置矩阵提取位置信息(只有经度和纬度,不含高度)如下: 弹箭姿态测试系统软件实现技术(3):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_9281.html