[发明专利]一种中波红外和长波红外组合的交互式多模型姿态估计方法

权利要求书

1.一种中波红外和长波红外组合的交互式多模型姿态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立双波段红外辐射姿态测试理论模型：计算中波和长波两个红外辐射波段随地倾角的理论公式，再利用坐标转换公式得到旋转飞行体姿态角与红外辐射之间的数学关系，建立双波段红外辐射姿态测试理论模型；

步骤2、在旋转飞行体坐标系上设计一种双波段两轴红外传感器组合布阵方式，减少红外传感器的使用数量；

步骤3、利用双波段红外辐射在不同环境下表现出的不同特征，采用交互式多模型的融合姿态估计算法，改变两个波段的模型概率密度函数，利用模型概率对解算结果进行加权处理，得到最终的姿态角信息。

2.根据权利要求1所述的一种中波红外和长波红外组合的交互式多模型姿态估计方法，其特征在于，所述步骤1中，建立双波段红外辐射姿态测试理论模型，具体包括以下步骤：

步骤1.1、计算地表红外辐射：假设地表为海面，可将海面视为平静海面，其表面辐射普遍使用的经验公式为：

ε_sea(λ,β)＝0.98[1-(1+sinβ)⁵] π≤β＜2π (1)

式中，ε_sea(λ,β)为海面发射率，与波长和温度有关；当确定海面温度后，可以利用普朗克公式，得到海面自身红外辐射亮度：

式中，L_sea(λ,β)表示海面红外辐射亮度，其中，λ和β分别表示波长和地倾角；T_sea表示海面温度(K)；

步骤1.2、计算大气红外辐射：在高度h的飞行体上设置一个观测点，当观测方向指向天空时，即地倾角0≤β＜π，感测的是大气下行红外辐射；当观测方向指向海面时，即地倾角π≤β＜2π，感测的为大气上行辐射、海面红外辐射和海面反射大气向下红外辐射之和；

当观测点朝上时，即地倾角0≤β＜π，在3～5μm和8～14μm波段的大气窗口，其感受的红外辐射为大气下行辐射；首先计算指定波长下的某一层的红外辐射亮度，结合每一层的大气透过率，计算出该层大气的红外辐射到达观测点的红外辐射亮度；然后累加n层大气的红外辐射亮度；最后通过对3～5μm和8～14μm波段进行积分可以得到观测点所感受到的大气下行红外辐射；具体过程可按式(3)进行计算：

式中λ₁为3μm时，λ₂为5μm；λ₁为8μm时，λ₂为14μm；是指大气在垂直方向分成n层，其中每一层下行到达观测点的辐射亮度；

当观测点朝下时，即地倾角π≤β＜2π，在3～5μm和8～14μm波段的大气窗口，其感受的红外辐射为大气上行辐射和海面红外辐射之和；其中，对大气上行辐射计算方法与大气下行辐射相同；观测点感测的海面红外辐射亮度可以通过计算出海面自身的红外辐射，结合大气透过率得到；具体过程可按式(4)进行计算：

式中，是指大气在垂直方向分成n层，其中每一层上行到达观测点的辐射亮度；是指海面红外辐射上行到达观测点的辐射亮度；

以上可知，得到观测点上方(0≤β＜π)到达观测点的辐射亮度和测点下方(π≤β＜2π)到达观测点的辐射亮度，如式(5)所示：

式中，当λ₁＝3μm，λ₂＝5μm，可以计算得到3～5μm波段的红外辐射亮度当λ₁＝8μm，λ₂＝14μm，可以计算得到8～14μm波段的红外辐射亮度

步骤1.3、坐标转换：通过坐标转换矩阵(6)，得到地倾角与飞行体姿态角的关系，从而建立双波段海天红外辐射姿态测试理论模型：

式中，θ为飞行体的俯仰角，γ为飞行体的横滚角。