[發(fā)明專利]一種基于偏振光的判定式組合導(dǎo)航方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510095682.3
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104749600B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金仁成;芮楊;陳文;孫會(huì)生;褚金奎;華宗治
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01S19/48
• 分類號: G01S19/48
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 李寶元,梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種基于偏振光的判定式組合導(dǎo)航方法，屬于無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無人機(jī)是一種利用無線電設(shè)備遙控或自身備份的程序裝置控制的不載人飛機(jī)。與載人飛機(jī)相比，它具有體積小、造價(jià)低、使用方便、對作戰(zhàn)環(huán)境要求低、戰(zhàn)場生存能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著近年來技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)得到空前的發(fā)展，越來越受到各國和軍方的關(guān)注。無人機(jī)目前主要用于軍事偵查、騙敵誘餌、對地攻擊、通信中繼、航空遙感、救災(zāi)抗險(xiǎn)等，展現(xiàn)了巨大的市場前景。

盡然如此，但使用GPS導(dǎo)航的無人機(jī)在飛行過程中極易受到電磁干擾和人為因素的影響。伊朗利用美國無人機(jī)GPS“信號微弱、易于操縱”的弱點(diǎn)，切斷其與美國基地的通信線路，然后重構(gòu)它的GPS坐標(biāo)，引導(dǎo)它降落在伊朗境內(nèi)。因此無人機(jī)導(dǎo)航的方式對無人機(jī)飛行至關(guān)重要。目前主流的導(dǎo)航方式是以GPS為基礎(chǔ)的組合導(dǎo)航方式，各種組合導(dǎo)航方式很大程度上依賴GPS信息。但是在戰(zhàn)爭情況下，GPS信號很容易受到敵方干擾或電子誘騙。為了降低對GPS的依賴性，本發(fā)明加入了偏振光傳感器，引入了基于偏振光的導(dǎo)航定位方法。偏振光傳感器可以為無人機(jī)提供航向角信息，同時(shí)結(jié)合其他傳感器信息可以進(jìn)行無人機(jī)定位。如專利201310037586.4，公開了一種基于偏振光仿生導(dǎo)航的定位系統(tǒng)及其定位方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在提供一種利用偏振光定位信息為基礎(chǔ)來判定GPS信號是否失真的判定式組合導(dǎo)航方法。解決的問題是在GPS信號失真的情況下，能夠及時(shí)識別出來，并切換組合導(dǎo)航的模式，從而能夠在一定時(shí)間內(nèi)保證無人機(jī)繼續(xù)按照預(yù)定的航線飛行。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于偏振光的判定式組合導(dǎo)航方法，該方法中使用的設(shè)備包括偏振光傳感器、慣性元件、GPS模塊、氣壓高度計(jì)和飛控計(jì)算機(jī)。偏振光傳感器和GPS模塊分別通過UART串口與飛控計(jì)算機(jī)連接，慣性元件通過SPI接口與飛控計(jì)算機(jī)連接，氣壓高度計(jì)通過I2C接口與飛控計(jì)算機(jī)連接，飛控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理各傳感器數(shù)據(jù)，此外在飛控計(jì)算機(jī)芯片中另固化有天文歷模塊程序。

慣性元件包括三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀。三軸加速度計(jì)用來測量三個(gè)方向的加速度信息，三軸陀螺儀用來測量飛機(jī)三個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的角速度信息。

氣壓高度計(jì)用來測量無人機(jī)實(shí)時(shí)高度。

偏振光傳感器可以提供無人機(jī)的航向角，結(jié)合天文歷模塊提供實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度信息。

GPS模塊為無人機(jī)提供實(shí)時(shí)的經(jīng)度和緯度信息。

天文歷模塊為偏振光導(dǎo)航定位提供不同時(shí)刻的太陽赤緯以及均時(shí)差信息。

飛控計(jì)算機(jī)不僅要實(shí)時(shí)的處理各種傳感器傳來的數(shù)據(jù)并做出判斷，而且還要將處理的結(jié)果反饋給無人機(jī)的控制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制，同時(shí)也將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面的接收站以及接受地面控制人員的指令等任務(wù)。

一種基于偏振光的判定式組合導(dǎo)航方法，該判定式組合導(dǎo)航方法的具體步驟如下：

(1)偏振光傳感器獲得無人機(jī)的航向角，慣性元件測得無人機(jī)的加速度和角速度，將航向角、加速度和角速度的數(shù)據(jù)輸送到子濾波器1中，經(jīng)過濾波信息融合處理得到無人機(jī)經(jīng)緯度1。

(2)偏振光傳感器和天文歷模塊將偏振方位角、太陽赤緯以及均時(shí)差信息輸入飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到無人機(jī)經(jīng)緯度2。

(3)將無人機(jī)經(jīng)緯度1和無人機(jī)經(jīng)緯度2同時(shí)輸送到子濾波器2中，得到無人機(jī)經(jīng)緯度3。

(4)GPS模塊將無人機(jī)實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度信息輸送到飛控計(jì)算機(jī)中，通過無人機(jī)經(jīng)緯度3來判定GPS信號的有效性；根據(jù)GPS模塊提供的經(jīng)緯度和無人機(jī)經(jīng)緯度3計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離Distance；誤差區(qū)域ΔP即為以無人機(jī)經(jīng)緯度3為圓心，以偏振光傳感器和天文歷模塊測得的無人機(jī)定位精度為半徑的圓區(qū)域，半徑用r表示；如果距離Distance大于半徑r,即GPS模塊測得經(jīng)緯度落入誤差區(qū)域ΔP外，就認(rèn)定GPS信號失真，就以無人機(jī)經(jīng)緯度信息3作為無人機(jī)下一個(gè)航點(diǎn)位置計(jì)算的依據(jù)；如果距離Distance小于半徑r,即GPS模塊測得經(jīng)緯度落入誤差區(qū)域ΔP內(nèi)，認(rèn)定GPS信號的有效，將GPS模塊提供的位置信息與無人機(jī)經(jīng)緯度3輸送到主濾波器中，最終得到無人機(jī)的位置信息。

(5)慣性元件的輸出的位置誤差隨時(shí)間不斷發(fā)散，將無人機(jī)的最終位置信息反饋給子濾波器1，抑制慣性元件漂移所造成的位置誤差。

本發(fā)明的有益效果是：

1、加入了偏振光傳感器，一方面偏振光傳感器可以為無人機(jī)提供高精度的航向角，另一方面結(jié)合天文歷模塊可以提供經(jīng)緯度信息。

2、偏振光導(dǎo)航是一種完全自主式的導(dǎo)航，不受電磁干擾。