[发明专利]基于极化电磁波信息链的运动平台姿态感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种姿态感知方法，尤其涉及一种基于极化电磁波信息链的运动平台姿态感知方法，属于运动平台姿态探测导航领域。 

背景技术

运动平台姿态信息大多从惯导传感器获取。惯导传感器包括机械、光纤、激光陀螺等器件，结构复杂，不但占用空间、增加质量，还耗费了能量，增加了故障率，还因其会累积误差，所以常需融合其他信息。 

在某些航空航天应用领域对姿态导航有特殊的要求，如测量速度快，精度高，体积、质量、能耗小，抗大加速，抗辐射，抗极端温度，抗震动等。这些要求使得航姿导航设备成本很高，甚至于难以制造。 

发明内容

本发明针对现有运动平台姿态获取技术的不足，而提出一种基于极化电磁波信息链的运动平台姿态感知方法。 

该方法包括如下步骤： 

步骤1：基站标定地理坐标系，确定姿态基准； 

步骤2：基站测得对运动平台的仰角θ′和方位角 并确定地理坐标系下发射信号的极化椭圆倾斜角γ′； 

步骤3：运动平台通过极化敏感阵列天线接收来自基站的极化电磁波信号，并对该信号进行处理获得电磁波的波达方向 和极化参数(γ，η)，确定运动平台坐标系下的极化电磁波的结构向量，从而得到运动平台坐标系到波结构坐标系的转换矩阵； 

运动平台同时从接收信号中获得基站对运动平台的仰角θ′和方位角 从而得到波结构坐标系到地理坐标系的转换矩阵； 

步骤4：将运动平台坐标系下的运动平台姿态方向向量先转换到波结构坐标系下，再转换到地理坐标系下，完成运动平台姿态感知。 

本发明具有如下技术效果： 

1)能使运动平台仅凭电磁波(测控导航)信息就可实现对运动平台的航行导航控制； 

2)只需一个基站信号给运动平台单点接收，有别于需多点测量的三角计算法； 

3)能与测控导航系统集成为一体，适宜微型飞行器(MAV，Micro Air Vehicles)使用； 

4)电磁波作为火箭、导弹或炮弹的姿态信息源，具有耐大加速度和恶劣环境的特点，本发明适用于科研试验和军事训练的靶机以及试验导弹，能有效降低作为易耗品飞行器的成本； 

5)本方法应用到卫星定位导航系统(例如北斗卫星导航系统)中，能使接收机具有姿态感知能力，从而所有安装接收机的车辆、舰船、飞行器等都增加了姿态测量功能，为智能化现代交通打下了基础，本方法还能应用在建筑、采矿、防灾减灾等领域； 

6)本发明也可与惯导融合使用，以适应不同的应用场合。 

附图说明

图1为运动平台接收信号的波结构向量与空间极化电磁波椭圆状旋转电场示意图。 

具体实施方式

本发明方法的步骤如下： 

步骤1：基站标定地理坐标系，确定姿态基准； 

步骤2：基站测得对运动平台的仰角θ′和方位角 并确定地理坐标系下发射信号的极化椭圆倾斜角γ′，从而确定发射信号波结构向量与姿态基准的关系； 

步骤3：运动平台通过极化敏感阵列天线接收来自基站的极化电磁波信号，并对该信号进行处理获得电磁波的波达方向 和极化参数(γ，η)，确定运动平台坐标系下的极化电磁波的结构向量，从而得到运动平台坐标系到波结构坐标系的转换矩阵； 

运动平台同时从接收信号中获得基站对运动平台的仰角θ′和方位角 从而得到波结构坐标系到地理坐标系的转换矩阵； 

步骤4：运动平台将运动平台坐标系下的自身姿态方向向量先转换到波结构坐标系下，再转换到地理坐标系下； 

以上步骤通过极化电磁波将基站标定的姿态基准传递给运动平台，使得运动平台解算出地理坐标系下的自身姿态，完成自身姿态感知。 

下面以固定机翼的飞机(运动平台)为例，对本发明方法作进一步说明。 

在机身坐标系(运动平台坐标系)中，x轴指向机头方向，y轴指向机身上方，z轴按右手律指向右侧机翼方向。在机身直角坐标系中，飞机姿态方向向量为单位阵 的三个列向量。