[發明專利]一種飛行器三維定姿系統及方法

有效

• 申請號: 201210489147.2
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103017768A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李建勛;剌博;陳丹
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

1.一種飛行器三維定姿系統，其特征在于，包括：

觀測模塊（1），利用天空散射光偏振特性測量系統實時的、自動的測量兩相互垂直方向的天空光的光振動方向；

模型建立模塊（2），模型建立模塊（2）與觀測模塊（1）相連，在計算機中建立飛行器的本體坐標系，赤道坐標系；

數據查詢模塊（3），數據查詢模塊（3）與觀測模塊（1）相連，用于獲得觀測時刻太陽的赤緯和格林時角；

數據處理模塊（4），數據處理模塊（4）與觀測模塊（1）、模型建立模塊（2）、數據查詢模塊（4）相連，用于對觀測模塊（1）和數據查詢模塊（4）所獲得的數據在所建立的模型坐標系中進行變換加工；

姿態求解模塊（5），姿態求解模塊（5）與數據處理模塊（4）相連，利用數據處理模塊（4）傳輸出的數據建立方程組，求解并輸出結果。

2.一種飛行器三維定姿方法，其特征在于，包括：

觀測模塊（1），利用天空散射光偏振特性測量系統實時的、自動的測量兩相互垂直方向的天空光的光振動方向；

模型建立模塊（2），模型建立模塊（2）與觀測模塊（1）相連，在計算機中建立飛行器的本體坐標系，赤道坐標系；

數據查詢模塊（3），數據查詢模塊（3）與觀測模塊（1）相連，用于獲得觀測時刻太陽的赤緯和格林時角；

數據處理模塊（4），數據處理模塊（4）與觀測模塊（1）、模型建立模塊（2）、數據查詢模塊（4）相連，用于對觀測模塊（1）和數據查詢模塊（4）所獲得的數據在所建立的模型坐標系中進行變換加工；

姿態求解模塊（5），姿態求解模塊（5）與數據處理模塊（4）相連，利用數據處理模塊（4）傳輸出的數據建立方程組，求解并輸出結果；

包括如下步驟：

步驟1，在計算機中建立飛行器的本體坐標系，利用天空散射光偏振特性測量系統實時的、自動的獲得兩相互垂直方向的天空光的光振動方向；

步驟2，在計算機中建立赤道坐標系將步驟1中所獲得的光振動方向自動的傳遞給計算機，利用旋轉坐標系公式將兩束光的振動方向轉換到赤道坐標系中；利用兩偏振光方向與太陽的位置關系在赤道坐標系中計算出太陽的方向；

步驟3，獲得探測時刻太陽的赤緯，格林視角以及飛行器的經緯度，表示出太陽的方向；

步驟4：利用步驟2和步驟3中所得的太陽方向建立方程組；

步驟5：將步驟3中所獲得的數據傳輸到步驟4所得的方程組中進行最后的數值求解。

3.如權利要求2所述的飛行器三維定姿方法，其特征在于，步驟1包括：

1）建立飛行器本體導航坐標系，在天球上,S是太陽，D₁，D₂為飛行器在水平面上時兩組相互垂直的探測方向，D′₁和D′₂為實際的兩垂直天空光探測方向，分別沿Y″′軸和Z″′軸；X″′軸是X″隨基座轉動后所得坐標軸；N′為飛行器當地(φ,λ)的真北方向，E為正東方向，P₁為在D₁‘方向探測到的天空光光振動方向，P₂為在D₂’方向探測到的天空光光振動方向，TC為飛行器的真航向；忽略地球半徑的影響，以地心為坐標原點，建立坐標系XYZ、X'Y'Z'、X″Y″Z″和X″′Y″′Z″′，其中X軸沿正東方向，Y軸沿真北方向,Z、Z′軸沿飛行器水平時立軸朝上方向；X、X'、X″軸沿飛行器水平右翼方向Y′軸沿飛行器的機首方向；Y″軸沿D₁方向，Z″軸沿D₂方向,Y″′軸沿D′₁方向，Z″′軸沿D′₂方向；

2）對兩垂直方向的天空光光振動方向進行實時觀測，并記錄觀測時刻；在偏振片上固定帶有標定指針的旋轉架，以便旋轉偏振片和做水平面參考，偏振片和旋轉架的作用是產生三個不同方向的起偏角，通過對這三個不同方向的起偏角的光強的測量，便可得到這一方向的偏振光的振動方向。