用四元数状态切换无迹卡尔曼滤波器估计的飞行器姿态

摘要

在较大初始姿态误差角下，针对捷联惯导／CCD星敏感器（strap-intertial navigation system／CCD starsensor,SINS／CCD）姿态估计系统扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter，EKF）算法精度下降的问题，提出了基于四元数的状态切换无迹卡尔曼滤波算法．通过状态实时切换降低了全维无迹卡尔曼滤波（unscented Kalman filter,UKF）的维数，减小了计算复杂度，提高了系统的实时性．文中采用基于特征向量求解的代价函数法计算四元数均值避免了UKF算法中四元数规范化的限制；利用乘性误差四元数表示姿态更新点与估计点之间的距离，解决了四元数协方差阵奇异性问题．仿真实验结果表明：与EKF相比，该算法在精度上有较大提高：与全维UKF算法和修正罗德里格斯参数UKF算法相比，该算法精度相当但估计时间均有不同程度的减少．