[发明专利]一种基于偏振信息的组合导航方法

说明书

本发明涉及一种基于偏振信息的组合导航方法，首先，依据载体的位置以及时刻查询天文年历得到太阳位置信息；其次，利用偏振传感器测量得到偏振信息，利用光流传感器测量载体速度信息；再次，基于偏振与光流，建立滤波量测模型；最后，利用卡尔曼滤波器对导航误差信息进行估计；该方法建立了基于单偏振传感器的线性量测模型，模型简单，滤波计算量小，精度高，适用于载体较长时期的自主导航。

技术领域

本发明涉及一种基于偏振信息的组合导航方法，采用设备包括一套微机电惯性组合、一个偏振传感器、一个光流传感器，采用卡尔曼滤波器进行多传感器信息融合，可用于无人机、地面机器人或车辆等运动体的自主导航。

背景技术

现代高性能运载体对导航系统性能的要求越来越高，而单一导航系统无法满足这些要求。例如，惯性导航具备自主性、隐蔽性和能获取载体完备运动信息的优势，但导航误差随时间积累，对于低成本微机电惯性组合，这种缺陷更加明显；GPS具有定位精度高、定位误差有界及长期导航稳定性好等优点，但GPS信号是一种无线电信号，存在易被干扰及信号易被建筑物遮挡等缺点。因此组合导航已成为导航系统发展的主要方向。

偏振光导航是基于仿生机理发展起来的利用天空偏振光获取导航信息的导航方法。偏振光导航具有误差不随时间积累、在较大范围内不易受人为因素干扰的优点。基于光流计算的视觉里程计只要求视野有足够丰富的纹理信息，不依赖于特定的地标等作为定位的参考，在导航方面具有独特的优势。基于惯性、偏振、光流的组合导航可以长时间保持姿态、速度误差的收敛，进而减缓位置误差的发散。

现有的利用偏振信息的组合导航技术，一般使用多个偏振传感器观测太阳矢量进行滤波，而使用单个偏振传感器时，一般用于直接测量航向信息，适用于二维平面运动。

发明内容

本发明涉及一种基于偏振信息的组合导航方法，建立了基于偏振传感器与光流传感器的线性量测模型，信息融合方式采用卡尔曼滤波。

本发明的坐标系选择为：地理坐标系(n系)采用东北天坐标系，即以载体的质心O为原点，地理东向为X轴，地理北向为Y轴，天向为Z轴，构成右手坐标系O-XYZ；载体坐标系(b系)是固连在载体上的坐标系，其原点为载体的质心B，载体的横轴为X轴，纵轴向前为Y轴，竖轴向上为Z轴，构成右手坐标系B-XYZ。

本发明的技术解决方案为一种基于偏振信息的组合导航，实现步骤如下：

(1)根据当前推算的载体位置与时间信息查询天文年历得到太阳矢量在地理坐标系即n系下的方位角和高度角得到地理坐标系下单位太阳矢量sⁿ；

(2)利用偏振传感器测量偏振信息，利用光流传感器测量速度信息；

(3)基于偏振量测模型与光流量测模型，建立滤波量测模型；

(4)利用卡尔曼滤波估计导航误差信息。

所述步骤(1)中，太阳矢量的高度角与方位角由位置与时间信息确定，可通过查询天文年历得到，从而得到地理坐标系即n系下单位太阳矢量sⁿ为：

所述步骤(2)中，偏振传感器与光流传感器各自的模块坐标系均与载体坐标系即b系重合，偏振传感器测量得到偏振方位角载体坐标系下偏振矢量p^b为：

光流传感器测量得到载体在载体坐标系X轴、Y轴的速度信息v_x、v_y，载体坐标系下速度矢量v^b为：

v^b＝[v_x v_y 0]^T；

所述步骤(3)中，滤波量测模型具体建立如下：