四元数法

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L =
[cos(b), sin(b)*sin(a), -sin(b)*cos(a);
sin(c)*sin(b), cos(c)*cos(a)-sin(c)*cos(b)*sin(a), cos(c)*sin(a)+sin(c)*cos(b)*cos(a);
cos(c)*sin(b), -sin(c)*cos(a)-cos(c)*cos(b)*sin(a), -sin(c)*sin(a)+cos(c)*cos(b)*cos(a)];
一阶算法:
(2-31)
二阶算法:
(2-32)
三阶算法:
(2-33)
四阶算法:
(2-34)
求解四元数微分方程除了以上的增量算法,还可以利用龙格—库塔法或阿达姆斯方法等数值积分算法求解微分方程。但迭代一定时间后,四元数会不满足 ,为了让其满足此式,必须进行归一化处理。
初始值的确定:
正负号的确定
可取
其中的 由初始的姿态矩阵求得
四元数是哈密顿于1843年建立的数学概念,但只有在近四十年中才在刚体运动学中得到实际应用。四元数是由1个实数单位1和3个虚数单位 , , 组成的包含4个实元的超复数。若将 , , 视为基矢量,则可以把四元数分为标量和矢量两部分组成。其形式为:
(2-22)
且 ,其中 为标量, 为矢量。
引入四元数后,则方向余弦矩阵可由四元数表示为
(2-23)
由(2-12),我们可得
(2-24)
利用毕卡逼近法求解可得: (2-25)
令:
(2-26)
(2-25)可简写ຫໍສະໝຸດ :(2-27)将 展开可得:
(2-28)
由于:
(2-29)
将式(2-29)代入式(2-28)整理可得:
(2-30)
在实际解算中,把 和 展为级数形式并取有限项,得四元数的各阶近似算法。
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