[發明專利]面向仿生偏振導航輔助定姿的分級卡爾曼融合方法及裝置

有效

• 申請號: 201911030649.7
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110779514B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 孫婷;田澤宇;趙開春;韓文科
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/02;G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

本發明公開了一種面向仿生偏振導航傳感器輔助定姿的分級卡爾曼融合方法及裝置，其中，方法包括：初始化數據，建立坐標系；建立以四元數微分方程為模型的系統狀態模型；以IMU中加速計的測量數據、重力矢量作為輸入建立分級擴展卡爾曼融合系統的一級子系統測量模型；以仿生偏振導航傳感器的輸出、導航坐標系下的太陽矢量為輸入建立分級擴展卡爾曼融合系統的二級子系統測量模型；將一級子系統測量模型和二級子系統測量模型進行組合，得到完整的面向仿生偏振導航傳感器輔助定姿的分級擴展卡爾曼融合系統；解算出三軸的姿態角度，得到三軸姿態測量結果。該方法計算量低，易于工程實現，強魯棒性、抗擾能力強，簡單易實現。

技術領域

本發明涉及航姿測量技術領域，特別涉及一種面向仿生偏振導航傳感器輔助定姿的分級卡爾曼融合方法及裝置。

背景技術

目前，最常見的航姿測量組合方案有IMU(Inertial measurement unit，慣性測量單元)/地磁組合，地磁/GPS(Global Positioning System，全球定位系統)/SINS(Strapdown inertial navigation system，捷聯慣導系統)組合等?，F有的多數組合導航系統，都用到了衛星導航系統或者地磁導航，如一種雙模式仿生偏振/地磁輔助組合導航系統、仿生偏振光/GPS/地磁組合導航方法設計及實現、偏振光/地磁/GPS/SINS組合導航算法研究、利用偏振光、地磁、GPS進行多信息源融合導航方法的研究與實現、基于多方向偏振光導航傳感器的定位系統及其定位方法等。近年來、很多學者將仿生偏振傳感器引入了導航領域，但目前應用于移動載體的仿生導航傳感器還僅僅限于點源式的仿生導航傳感器。

然而，地磁場相對較弱且容易受到鐵磁性物質的干擾，導致航姿測量過程容易受到干擾，這使得這種組合方式在使用過程中不穩定、魯棒性降低。衛星導航易受自然環境及人為干擾，在拒止、干擾、對抗等環境下無法提供準確可靠的導航信息。且現有技術中，比如，基于多方向偏振光導航傳感器的定位系統及其定位方法，在該技術中沒用到地磁傳感器，但只能輸出經緯度信息，無法輸出三軸旋轉角度信息。而且點源式仿生導航傳感器分辨率比較低，在天頂點有遮擋等情況下，精度會有所下降。

綜上，目前使用的仿生偏振傳感器和IMU的組合僅僅是通過仿生導航傳感器輸出的偏航角進行了簡單的組合，并沒有考慮到深度的信息融合，這種組合的方式雖然簡單且略有效果，但是可靠性有待提高，偏振信息和IMU數據的深度信息融合問題，亟待解決。

發明內容

本申請是基于發明人對以下問題的認識和發現做出的：

導航是引導載體從某一出發地沿設定的路徑有效到達目的地的一種技術手段，而導航系統中最重要的一個環節就是航姿測量，航姿測量廣泛應用于無人機、智能機器人、艦船、無人駕駛等重要的領域。而航姿測量精度的下降，會進一步導致導航系統的不穩定。因此迫切需要找到一種更穩定且魯棒性強的組合方式進行航姿測量。

太陽光經過瑞麗散射的作用，會形成穩定的天空偏振分布模式，通過仿生偏振導航傳感器采集大氣的偏振模式可以得到絕對的航向信息，由于大氣分布模式穩定且覆蓋面廣，不容易受到影響，具有抗電磁干擾和使用范圍廣、無累積誤差的特性。仿生偏振導航自主性強及不受電磁干擾影響，能夠為載體提供可靠的姿態信息，可用于慣性導航系統進行優勢互補，為提高組合導航系統的自主性、可靠性提供了新的解決途徑?，F有的基于仿生偏振導航傳感器的組合導航系統，大多基于點源式仿生偏振導航傳感器，這種偏振導航傳感器分辨率較低，在天頂點受到遮擋的情況下精度容易受到影響

因此，引入一種更穩定、精度更高的仿生偏振導航傳感器，找到一個容易實現、且魯棒性強精度高的緊組合的測姿方法且顯得十分得迫切和重要。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。