[发明专利]基于大气偏振模式空间特征的三维姿态获取方法

权利要求书

1.一种基于大气偏振模式空间特征的三维姿态获取方法，其特征是按照如下过程进行：

a、建立描述理论大气偏振模式的三维空间坐标系OXYZ，以地面观测位置为原点O，地理正北方向为X轴，地理正东方向为Y轴，过天顶点z的垂线为Z轴，从原点O出发的所有方向上的偏振信息，在以地面观测位置为球心，半径为r的半球面M上描述；半球面M上任意一点的高度角为θ、方位角为所述方位角是以正北方向为0，正北往东为正值；太阳位置表示为θ_S表示太阳高度角，表示太阳方位角，太阳子午线在三维空间坐标系OXYZ中的位置以太阳方位角来表示；

b、对大气偏振模式中若干点的偏振信息进行采样，在所述半球面M上分布2×m×(n+1)个采样点，m、n为正整数，n不小于2，采样点阵列记作矩阵T，

T=t11t12...t12(n+1)t21t22...t22(n+1)............tm1tm2...tm2(n+1)---(1)]]>

采样点t_ij在所述三维空间坐标系OXYZ中的坐标记作采样点t_i1，t_i2...t_i2(n+1)沿Z轴向O点看去顺时针方向分布在所述半球面M的同一条纬线上，1≤i≤m且i为正整数，采样点t_1j，t_2j...t_mj分布在所述半球面M的同一条经线上，1≤j≤2(n+1)且j为正整数；以各采样点的采样值组成大气偏振模式采样响应矩阵R，r_ij表示采样点t_ij的采样值，

R=r11r12...r12(n+1)r21r22...r22(n+1)............rm1rm2...rm2(n+1)---(2)]]>

在大气偏振模式采样响应矩阵R＝{r_ij}中，分别用R_p表示采样响应矩阵的偏振度分布矩阵，R_χ表示采样响应矩阵的E-矢量分布矩阵，即：

R=Rprij=pijRχrij=χij---(3)]]>

c、实测获得起始r₀时刻下的大气偏振模式采样响应矩阵R_t0，r₀时刻下采样点的响应值为r_0ij，导航载体在三维空间坐标系OXYZ中的空间位置用坐标表示，根据大气偏振模式的空间分布特性，从实测大气偏振模式采样响应矩阵R_t0中提取空间显著特征点P_t0；经Δt时间后，再次实测获得t₁时刻下的大气偏振模式采样响应矩阵R_t1，t₁时刻下采样点的响应值为r_1ij，导航载体在三维空间坐标系中的空间位置用坐标表示，并从实测大气偏振模式采样响应矩阵R_t1中提取空间显著特征点P_t1；

t₁＝t₀+Δt    (4)

d、通过空间显著特征点P_t0与P_t1之间的空间坐标转换关系，求解映射矩阵C，获得导航载体t₁时刻相对t₀时刻的三维空间姿态角变化值(α，β，γ)，其中α、β、γ分别表示t₁时刻相对t₀时刻导航载体横滚角、俯仰角及旋转角的变化值；

P_t1≈CP_t0(5)

利用公式(6)进行全局寻优，寻找使P_t1与CP_t0两者差值最小的导航载体三维空间姿态角变化值(α，β，γ)，

(α，β，γ)＝argmin∑|P_t1(t_ij)-CP_t0(t_ij)|²(6)

e、已知起始t₀时刻导航载体三维空间姿态用(α₀，β₀，γ₀)表示，其中α₀、β₀、γ₀分别表示t₀时刻导航载体横滚角、俯仰角及旋转角的值，假设t₁时刻导航载体三维空间姿态用(α₁，β₁，γ₁)表示，其中α₁、β₁、γ₁分别表示t₁时刻导航载体横滚角、俯仰角及旋转角的值；导航载体t₀时刻到t₁时刻的三维空间姿态角变化值(α，β，γ)与已知的起始t₀时刻导航载体三维空间姿态(α₀，β₀，γ₀)作和，得到t₁时刻导航载体三维空间姿态(α₁，β₁，γ₁)，

α₁＝α₀+α(7)

β₁＝β₀+β(8)

γ₁＝γ₀+γ(9)。