[發明專利]一種天空偏振光組合導航在線濾波與平滑方法

有效

• 申請號: 201810587658.5
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108981691B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 張霄;王善澎;郭雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明涉及一種天空偏振光組合導航在線濾波與平滑方法，首先一個導航處理器采集慣性導航數據進行捷聯解算，然后將捷聯解算結果發送給另外一個處理器；另外一個導航處理器利用前一時間段收到的捷聯解算歷史數據以及外部衛星導航模塊、偏振傳感器等修正數據進行濾波與平滑，對組合導航中狀態量進行最優估計，然后將結果發送給第一個導航處理器；最后第一個導航處理器完成導航誤差修正。如此往復，直至導航結束。本發明借助天空偏振光提高了組合導航系統可觀測度，此外利用了歷史導航數據對捷聯解算結果進行濾波與平滑，實現了組合導航在線后處理，減小了狀態反饋時所產生的鋸齒波現象，在保證濾波實時性的同時，提高了組合導航系統整體精度。

技術領域

本發明涉及無人機天空偏振光組合導航領域，尤其涉及一種天空偏振光組合導航在線濾波與平滑方法。

背景技術

生物經過億萬年地進化具有了高超的導航能力。1985年，科學家Wehner發現沙蟻可以利用天空中的偏振光進行導航，此外科學研究表明自然界中的帝王蝶、蜣螂等昆蟲也將偏振導航作為自己的主要或者輔助的導航方式。受昆蟲利用偏振光導航的啟發，近些年來，偏振光導航逐步發展成為一種新型的導航方式。大氣層中的偏振光分布模式穩定，所以具有誤差不隨時間積累、在較大范圍內不易受人為因素干擾、自主性強等優點，是一種精度高、魯棒性強的全自主導航方式。

現有的傳統捷聯式組合導航算法通常首先進行捷聯導航解算，在GNSS、光流、地磁等導航糾正數據采集完畢時再進行集中式卡爾曼濾波，對組合導航中的誤差量進行估計，然后將各個誤差量的最優估計值反饋給系統完成校正。在濾波過程中，通常僅利用當前時刻的捷聯解算結果，又因為捷聯解算的頻率要遠遠高于卡爾曼濾波的頻率，在對姿態、速度、位置等導航結果進行誤差修正的時候會產生鋸齒波，影響組合導航系統的精度甚至造成濾波器發散。同時鋸齒波還會對后續控制系統帶來很大的影響，如果飛行器控制率選取不當，會對無人機的飛行帶來巨大的安全隱患。

為提高組合導航系統整體精度，通常還需要對組合導航過程中的數據進行后處理，補償組合導航中各傳感器采集時間不同步問題，平滑組合導航過程中的鋸齒波現象。但是后處理通常需要事后離線進行解算，無法實時對導航濾波結果進行平滑。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有組合導航方法在誤差修正時會產生鋸齒波的缺點，提供一種天空偏振光組合導航在線濾波與平滑方法，通過雙處理器協同分工，共同完成導航解算。相比以往的捷聯組合導航方法，本發明借助天空偏振光信息對組合導航中三軸失準角進行修正，提高了三軸平臺失準角的可觀測度，此外利用了歷史導航數據對捷聯解算結果進行在線平滑處理，減小了修正誤差時所產生的鋸齒波現象，提高了組合導航系統整體精度。

本發明的技術解決方案是：一種天空偏振光組合導航在線濾波與平滑方法，通過下列步驟實現：

(1)導航處理器1采集慣性導航數據，進行捷聯導航解算，將姿態、速度和位置解算結果發給導航處理器2；

(2)導航處理器2將采集到的衛星導航模塊、偏振傳感器的數據，以及結合前m秒接收到的捷聯解算歷史數據，共同代入R-T-S濾波器進行平滑處理，對組合導航中狀態量進行最優估計；

(3)導航處理器2將最優估計中的組合導航系統狀態量發送給導航處理器1，導航處理器1對捷聯解算結果進行導航誤差修正；

(4)如此往復上述(1)-(3)步驟，直至組合導航結束。

所述步驟(2)中，最優估計具體過程為：

(21)根據組合導航誤差方程建立濾波模型，系統方程為：

其15維系統狀態量為：

分別是三軸平臺失準角、東北天速度誤差、經緯高位置誤差、三軸陀螺儀零偏、三軸加速度計零偏；