[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

说明书

本发明涉及一种基于偏振度加权的仿生偏振自主组合导航方法，首先，利用仿复眼偏振传感器获取全天域各观测点的偏振信息；其次，提取偏振度在指定阈值内的观测点偏振信息作为可用信息；再次，根据观测点偏振度大小设置该观测点所获得的偏振矢量的权值；最后，基于瑞利散射原理，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。本方法采用加权算法将偏振度信息和偏振矢量信息融合，具有较强的环境适应性及可靠性。

技术领域

本发明涉及偏振光导航领域，尤其涉及一种基于偏振度加权的仿生偏振自主组合导航方法，可应用于飞行器导航系统的姿态确定，提高导航系统的精度及可靠性。

背景技术

仿生偏振光导航是通过研究生物对天空偏振光的感知机理及大气偏振分布模式发展起来的新型导航方法，相比于传统的惯性导航，偏振光导航具有误差不随时间积累的优点，而与卫星导航相比，偏振光导航具有无源、无辐射，隐蔽性好的优点，与地磁导航相比，偏振光导航不受电磁干扰，不需要预先加载磁图，可应用于陌生环境。因此，偏振光导航越来越受到研究机构的重视，是一种具有潜在应用价值的新型导航方式。

现有的偏振光导航技术研究主要分为大气偏振分布模式的研究、偏振导航机理的研究、偏振传感器的设计及误差分析、偏振光二维定向、三维定姿及定位方法研究，偏振光组合导航方法研究等，而有关偏振光导航与其他导航方式组合导航的方法研究较少，现有偏振光导航方法没有用到偏振度信息的融合，环境适应性差。已授权中国专利CN103217159“一种SINS/GPS/偏振光组合导航系统建模及动基座初始对准方法”及已授权中国专利CN103323005“一种SINS/GPS/偏振光组合导航系统多目标优化抗干扰滤波方法”都是利用偏振矢量建立的组合导航模型，没有融合偏振度信息，对环境适应性差，复杂环境下精度较低。论文“偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航方法”中也仅用到了偏振矢量信息，而没有用到偏振度信息。

发明内容

针对复杂环境下偏振光导航存在的问题，本发明提出一种基于偏振度加权的仿生偏振自主组合导航方法，该方法通过仿复眼偏振传感器获取全天域偏振信息，根据导航环境设置偏振度阈值，选取符合条件的观测点偏振信息进行加权处理并建立惯性/偏振组合导航系统模型，该算法可提高组合导航系统的精度及可靠性，具有较好的适用性。

本发明的坐标系选择为：仿复眼偏振传感器坐标系(s系)，以半球球心为坐标原点o，半球底面为xoy平面，在xoy平面上确定一轴为x轴，球心与半球顶点连线为z轴，由右手定则确定y轴。导航坐标系(n系)选取地理坐标系(t系)，地理坐标系采用东北天坐标系，即以载体的质心o₁为原点，载体的地理东向为x轴，载体的地理北向为y轴，z轴由右手定则确定；载体坐标系(b系)固联在载体上，原点为载体的质心o₁，载体的横轴指向右侧为x轴，沿载体纵轴指向前方为y轴，沿载体竖轴向上指向载体上方为z轴；每个观测点的模块坐标系(m_i系)为以半球球心为原点o，观测点方向矢量为z_i轴，x_i轴由单个传感器通道具体安装确定；本发明在仿复眼偏振传感器安装时将仿复眼偏振传感器坐标系与载体坐标系重合安装，即安装矩阵为单位矩阵。

本发明的技术解决方案为：一种基于偏振度加权的仿生偏振自主组合导航方法，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；