[发明专利]一种基于偏振度加权的仿生偏振自主组合导航方法

权利要求书

1.一种基于偏振度加权的仿生偏振自主组合导航方法，其特征在于，实现步骤如下：

(1)利用仿复眼偏振传感器获取全天域各观测点的偏振信息(d_i,a_i)，其中d_i为第i个观测点的偏振度，a_i为第i个观测点的偏振矢量，i为观测点的编号,全天域观测点的数量由仿复眼偏振传感器的通道数决定；

(2)设置偏振度阈值d，筛选并提取各观测点偏振度d_i在指定阈值d内的观测点的偏振信息(d_k,a_k)，其中，d_k为所提取观测点的偏振度，a_k为所提取观测点的偏振矢量，k为所提取的观测点的编号；

(3)根据所提取观测点的偏振度大小设置各观测点所获得的偏振矢量a_k的权值λ_k＝d_k/D，D为所提取观测点的偏振度之和；

(4)根据所提取观测点的偏振矢量a_k和对应的权值λ_k，基于瑞利散射原理及惯性导航原理建立惯性/偏振组合导航系统模型，利用卡尔曼滤波解算载体的姿态信息；

所述步骤(1)中，利用仿复眼偏振传感器获取全天域各观测点的偏振信息(d_i,a_i)；仿复眼偏振传感器为一半球面结构，多个偏振传感器通道阵列式分布在半球表面上；以半球球心为原点o，半球底面为xoy平面，球心与半球顶点连线为z轴，建立仿复眼偏振传感器坐标系s，即s系；每个偏振传感器通道为一独立观测点并表示为P_i，所测得的偏振信息包括偏振度d_i和偏振矢量a_i，该观测点在仿复眼偏振传感器坐标系下的坐标为(h_i)，为观测点在仿复眼偏振传感器坐标系下的方位角，h_i为观测点在仿复眼偏振传感器坐标系下的高度角；以半球球心为原点o，观测点方向矢量为z_i轴，构成观测点模块坐标系，即m_i系，观测点模块坐标系到仿复眼偏振传感器坐标系的转换矩阵由偏振传感器通道安装矩阵决定，仿复眼偏振传感器安装时将仿复眼偏振传感器坐标系s与载体坐标系b重合安装，即安装矩阵I表示单位矩阵；

所述步骤(2)中，设置偏振度阈值d，提取偏振度在阈值d内的观测点的偏振信息作为可用信息；选取过程如下：设置偏振度阈值d∈[μd_max,d_max]，μ∈(0,1]根据载体的实际运动环境选取，d_max∈(0,1]为全天域最大偏振度，通过实际测量得到；遍历仿复眼偏振传感器所有观测点所测得的偏振度，筛选并提取偏振度在偏振度阈值内的每个观测点的所有信息，包括偏振度d_k、偏振矢量a_k、观测点在仿复眼偏振传感器坐标系下的坐标(h_k)、观测点模块坐标系相对于仿复眼偏振传感器坐标系的坐标转换矩阵将所有符合条件的观测点信息作为可用信息存储待用；

所述步骤(3)中，根据所选取观测点的偏振度信息设置各观测点所获得的偏振矢量的权值；权值设置方法如下，经过步骤(2)所设置的偏振度阈值d筛选后，设有l个观测点的偏振度符合阈值条件，将这l个观测点的偏振度之和记为D，则第k个观测点的权值可表示为该权值λ_k即为观测点所获得的偏振矢量的权值；

所述步骤(4)中，根据所提取观测点的偏振矢量a_k和对应的权值λ_k，基于瑞利散射原理及惯性导航原理建立惯性/偏振组合导航系统量测模型：

上式化简为：

其中，sⁿ表示导航坐标系下的单位太阳矢量，由天文年历查询得到，为载体坐标系b到导航坐标系n的真实姿态转换矩阵，为计算得到的带有误差的姿态转换矩阵，向量为载体坐标系下的加权偏振矢量，为第k个观测点观测得到的带有误差的偏振矢量，a_k为第k个观测点的真实偏振矢量，向量v为加权后的偏振矢量误差，为第k个观测点所在模块坐标系到载体坐标系的转换矩阵，φ＝(φ_x,φ_y,φ_z)^T为惯性导航系统的平台误差角，φ×表示向量φ的反对称矩阵，a^b×表示向量a^b的反对称矩阵，导航坐标系n，即n系，选取地理坐标系t，即t系，地理坐标系t采用东北天坐标系，载体坐标系b系固联在载体上；

则基于偏振度加权的惯性/偏振组合导航系统量测模型如下：

其中，z_pol为惯性/偏振组合导航系统量测量，表示惯性/偏振组合导航系统量测矩阵，x＝φ为惯性/偏振组合导航系统的状态向量，表示惯性/偏振组合导航系统量测噪声，下标pol表示与偏振相关的信息；

惯性/偏振组合导航系统的状态方程选取惯性导航系统的误差方程:

为惯性/偏振组合导航系统的状态量对时间的导数，F为惯性/偏振组合导航系统状态转移矩阵，G为惯性/偏振组合导航系统噪声转移矩阵，w为惯性/偏振组合导航系统干扰矩阵；

则惯性/偏振组合导航系统模型表示为：

基于以上模型采用卡尔曼滤波方法解算载体的姿态信息。