组合导航的观测量常会因外界复杂环境的干扰, 出现滤波精度下降的现象。提出一种基于修正Rodrigues参数的鲁棒滤波算法, 利用修正Rodrigues参数来重新构造组合导航姿态表达, 通过引入HUBER鲁棒策略实现抑制观测量干扰等问题。在捷联惯导/卫星组合导航仿真例子中, 比较了传统基于四元数的滤波算法、基于修正Rodrigues参数的滤波算法及其鲁棒化滤波算法, 仿真实验结果表明算法具有计算量低和抑制外部干扰等效果, 证明了算法的有效性。

针对具有不确定性、外干扰及饱和约束的卫星非线性姿态跟踪问题, 将约束反步法与状态观测器相结合, 提出分块自适应抗扰反步控制器。卫星模型由修正罗德里格参数进行描述。利用带参数投影的非线性扩张状态观测器对时变的“总干扰”项进行在线估计补偿, 以提高反步控制器的鲁棒性。在设计反步控制器时, 引入指令滤波器和修正跟踪误差信号以施加系统状态和执行器的饱和限制, 同时较容易获得虚拟控制导数, 并且放宽了干扰估计律投影算子的投影集范围。Lyapunov理论证明了闭环系统在非线性阻尼的作用下输入-状态稳定。对比仿真表明, 与传统自适应反步法相比, 所提出的控制器具有更高的姿态跟踪性能和干扰估计精度。

针对飞行器长时间飞行时, 低精度陀螺、加速度计和磁强计组成的航姿系统容易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低, 甚至发散的问题, 将载体机动加速度描述为当前统计模型, 将目前常用的6状态无迹卡尔曼滤波扩展为9状态, 其状态变量包括3个修正罗德里格参数、三轴陀螺零偏误差和三轴载体机动加速度, 量测量为三轴加速度计输出和三轴磁强计输出。实验结果表明, 当飞行器长时间机动飞行时, 9状态无迹卡尔曼滤波可以估计载体的机动加速度, 保证姿态测量精度。

针对四元数在飞行器姿态描述时存在冗余的问题，设计了把修正罗德里格参数（MRPs）作为描述姿态的一种全姿态描述方法，将加速度计和磁强计作为观测量，提出了基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SRUKF)的姿态估计算法，针对外界环境对加速度计和磁强计的干扰问题，将专家系统引入SRUKF算法中，根据加速度及磁场信息实时调整滤波器的量测噪声矩阵，有效地提高了算法的抗干扰性。实验结果表明，该算法成功使系统的静态精度姿态角小于0.05°，航向角小于0.1°；动态精度姿态角小于0.5°，航向角小于1°，优化效果得到了明显改善。

提出了一种以Rodrigues参数作为姿态描述参数的线阵CCD外姿态解算算法用于多线阵CCD空间目标外姿态测量系统，以解决传统姿态解算算法约束条件多、计算量大、实时性差等缺点。利用Rodrigues参数简洁高效的特点，根据多点合作目标组成的线段间的相交矢量关系推导出了一种新的基于Rodrigues参数的多线阵CCD外姿态解算模型。算法结合Rodrigues参数集切换理论避免了奇异性的发生，并给出了这种姿态解算方法的流程。仿真结果表明，与四元数算法相比，该算法在未损失计算精度的前提下，计算消耗时间减少了37.6%，实时性优于四元数法，并且避免了奇异性问题。

针对以3-RPS 并联机构为核心的光电跟踪系统支撑结构,运用矩阵全微分理论,建立了基于Rodrigues 参数的机构位姿误差模型。针对机构可达空间内各误差来源,提出了一种通过归一化描述灵敏度的新方法,并建立基于数学统计意义的灵敏度系数数学模型。通过此模型的数值仿真,可知在机构设计、加工以及装配过程中,对机构驱动误差与定平台上轴向误差需严格控制;当定、动平台结构比例系数改变时,其对整个运动空间各误差灵敏度系数百分比改变不大,即高灵敏度的误差源仍需严格控制。根据各误差的灵敏度系数可对其标定进行修正,达到有效减小误差灵敏度系数较高的运动学参数误差的目的,实现空中目标轨迹的实时跟踪瞄准。