[發(fā)明專利]一種基于置信度的偏振自主組合導(dǎo)航方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810066303.1
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108225336B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭雷;范白清;楊健;吳煜
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/02;G01C21/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;盧紀(jì)

本發(fā)明公開了一種基于置信度的偏振自主組合導(dǎo)航方法，首先利用載體上攜帶的多個(gè)偏振傳感器陣列測量計(jì)算得到模塊坐標(biāo)系下天空中多個(gè)偏振矢量，再將其轉(zhuǎn)化到本體坐標(biāo)系下；然后由瑞利散射模型，建立偏振矢量與太陽矢量的關(guān)系；利用多偏振矢量與太陽的關(guān)系，通過建立置信度函數(shù)來得到量測太陽矢量，最后通過卡爾曼濾波器對導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。該方法是利用大氣中多點(diǎn)的偏振信息進(jìn)行信息融合輔助導(dǎo)航，精度高，避免了單個(gè)點(diǎn)易受環(huán)境因素的干擾，能夠?qū)崿F(xiàn)高環(huán)境適應(yīng)性、自主導(dǎo)航。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于組合導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種基于置信度的偏振自主組合導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

太陽光入射到地球，由于地球大氣中的各種氣溶膠粒子和氣體分子，太陽光會出現(xiàn)散射，140多年前英國科學(xué)家瑞利提出了瑞利散射模型，隨后人們利用瑞利散射獲得了大氣偏振分布模型，該模型是穩(wěn)定的。通過不斷的研究發(fā)現(xiàn)，很多生物利用天空偏振光進(jìn)行導(dǎo)航或者輔助導(dǎo)航，例如，沙蟻可以通過觀察天空偏振光進(jìn)行覓食和歸巢，維京人利用方解石觀察天空偏振模式進(jìn)行航海。偏振導(dǎo)航具有隱蔽性強(qiáng)、無源、無輻射等特點(diǎn)，可以運(yùn)用于多種復(fù)雜環(huán)境，是現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)的一個(gè)新方向。

現(xiàn)有的點(diǎn)源式偏振輔助導(dǎo)航利用的偏振傳感器數(shù)量較少，只能測得太空中少數(shù)點(diǎn)的偏振模式，且單點(diǎn)的偏振模式容易受到云層等干擾，未能充分利用大氣中的偏振信息。中國專利一種基于天空偏振光分布模式的導(dǎo)航定位方法，專利號：201410012966.7，提出一種基于偏振分布模式的導(dǎo)航定位方法，利用全天空偏振模式進(jìn)行偏振匹配，但該模式易受環(huán)境影響，并且建立模式難度較大；中國專利基于多方向偏振光的實(shí)時(shí)導(dǎo)航裝置，專利號：201610717237.0，利用五個(gè)偏振傳感器測量偏振矢量，認(rèn)為偏振度大的傳感器測量的偏振矢量信息較準(zhǔn)確，用最準(zhǔn)確的兩個(gè)矢量進(jìn)行融合得到太陽矢量，未能從太陽矢量自身出發(fā)去判斷精度，信息過濾較多，且傳感器數(shù)量較少，測量獲得的偏振信息有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于置信度的偏振自主組合導(dǎo)航方法，利用多個(gè)偏振傳感器得到模塊坐標(biāo)系下的偏振矢量，通過矢量叉乘得到太陽矢量的方向，再通過基于置信度的動(dòng)態(tài)信息分配得到更加準(zhǔn)確的太陽矢量信息，然后由經(jīng)緯度和時(shí)間信息解算地理系下的單位太陽矢量S^t。最后利用得到的不同坐標(biāo)系下的單位太陽矢量建立偏振導(dǎo)航線性模型，通過卡爾曼濾波器對導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種基于置信度的偏振自主組合導(dǎo)航方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟(1)利用偏振傳感器陣列中的多個(gè)偏振傳感器獲取天空偏振方位角，即可獲得模塊坐標(biāo)系下的偏振矢量通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，將轉(zhuǎn)化到本體坐標(biāo)系中

步驟(2)利用載體的地理位置信息和時(shí)間信息，確定地理坐標(biāo)系下的標(biāo)準(zhǔn)太陽矢量S^t；

步驟(3)通過本體坐標(biāo)系下的偏振矢量在本體坐標(biāo)系下，建立偏振矢量與太陽矢量的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到測量太陽矢量S_ij；

步驟(4)通過將標(biāo)準(zhǔn)太陽矢量S^t轉(zhuǎn)化到本體坐標(biāo)系中得到本體坐標(biāo)系下的標(biāo)準(zhǔn)矢量S^b，以矢量S^b為半徑，以觀測點(diǎn)為球心，根據(jù)球心角建立太陽矢量的置信度；

步驟(5)根據(jù)置信區(qū)間，排除掉不在區(qū)間內(nèi)的太陽矢量，對剩余的太陽矢量通過偏振傳感器的協(xié)方差矩陣進(jìn)行信息融合，得到量測太陽矢量

步驟(6)對步驟(5)中的量測太陽矢量和步驟(2)中的標(biāo)準(zhǔn)太陽矢量進(jìn)行做差，得到偏振量測信息，與慣性導(dǎo)航組合，通過卡爾曼濾波，得到更高精度的姿態(tài)信息；

所述步驟(1)具體實(shí)現(xiàn)如下：

在模塊坐標(biāo)系下，通過獲取N個(gè)偏振傳感器獲取偏振方位角，將每個(gè)傳感器的偏振矢量表示為：