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微动建模是研究弹道目标微多普勒特征的关键和基础。目前基于Euler角、EulerRodrigue公式和齐次坐标的建模方法存在“万向节死锁”、奇异、计算复杂等问题。四元数方法采用4个参数代替矩阵方法的9个参数，能够直观表示三维空间内任意旋转，并克服现有方法的缺陷。经过推导，给出了基于四元数的弹道目标进动和摆动微多普勒数学模型表达式。由于减少了矩阵运算，使得目标微多普勒频率的计算更加简单。仿真结果表明，基于四元数旋转的微动建模方法是合理的，为弹道目标的微多普勒特征提取和识别提供了科学依据。