[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

说明书

本发明涉及旋转飞行体的姿态信息获取与处理技术领域，具体涉及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，包括研究中波和长波两个红外辐射波段在大气中的传播规律，建立双波段红外辐射姿态测试理论模型；优化双波段红外辐射传感器安装布阵，简化传感器安装条件，在不损失姿态解算精度的前提下，减少一轴红外传感器的使用数量；设计交互式多模型的融合姿态估计算法，根据双波段红外辐射在不同干扰影响下表现出的不同特征，改变模型概率密度函数，利用模型概率对解算结果进行加权处理，得到最终的姿态角估计信息；本发明有利于提高旋转飞行体红外辐射姿态测试方法的抗干扰能力，提高姿态解算精度。

技术领域

本发明涉及旋转飞行体的姿态信息获取与处理技术领域，具体涉及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。

背景技术

随着红外技术的飞速发展，以及它在国防、航空、航天等领域具有的潜在应用价值，使其在高科技快速发展的阶段成为研究热点之一。红外辐射姿态信息获取与处理是一种绝对姿态测试方法，不受飞行体加速度的影响，被动方式工作，没有发射源，隐蔽性好，对不同类型的旋转飞行体都适用。

目前，红外辐射姿态信息获取大多采用单波段红外辐射数据进行姿态解算，如中国专利CN201711214682.6中公开的应用于旋转弹体的姿态测试方法，采用长波段红外辐射与地磁组合，以解决红外和地磁独立姿态解算方法抗干扰能力弱、在干扰影响下姿态解算精度不高的问题，但该方法在红外辐射干扰存在的情况下，避免使用红外辐射数据进行姿态解算，未能解决独立红外姿态测试抗干扰能力差的问题。

日本国家材料科学研究所的H.T.Miyazaki发表在《Applied Physics Letters》上的论文“Dual-band infrared metasurface thermal emitter for CO₂sensing”，开发了非极化和发射角无关的双波段人工结构表面热发射器，表面发射辐射为4.26μm和3.95μm，用于CO₂检测，但该方法只能用于气体检测领域，双波段红外辐射检测技术在姿态测试方面的应用还处于探索阶段。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出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，以解决旋转飞行体单波段红外姿态测试精度不高和抗干扰能力不强的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

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，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。

优选地，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；其中，海面温度是影响海面红外辐射最直接和最重要的因素，对于一定的海面而言，其表面的发射率可以在一定的范围内看作不变；因此，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：