四元数为目前应用最广泛的姿态表示方法之一。四维空间的矢量能够以四元 数形式表示,因此四元数也被叫做超复数。
(1)四元数的定义 :
四元数的表示形式可以写成:
上述式子中,q0 表示为实部,i、 j、 k, 表示为虚部。其中,虚部之间的关系为(根据右手定则)
(2)四元数的基本运算法则:
1、 交换律、结合律可应用于四元数加法运算过程中,表示为
2、四元数的乘法公式以原始形式和四元数代数形式表示如下(矩阵形式):
推导过程如下:
(3)、计算姿态矩阵:
得到姿态变换 的 四 元数乘形式 将 四 元数乘形式转换成 矩 阵形式 , 便可得到用 四 元数表示 的 姿态矩阵
。 其变换如下(也就是矩阵的乘法,非常简单) :
根据这个结果以及上一篇的结果即可得到最终的pitch、yaw和roll三个角度的解算公式。