[发明专利]一种基于置信度的偏振自主组合导航方法

说明书

本发明公开了一种基于置信度的偏振自主组合导航方法，首先利用载体上携带的多个偏振传感器阵列测量计算得到模块坐标系下天空中多个偏振矢量，再将其转化到本体坐标系下；然后由瑞利散射模型，建立偏振矢量与太阳矢量的关系；利用多偏振矢量与太阳的关系，通过建立置信度函数来得到量测太阳矢量，最后通过卡尔曼滤波器对导航参数进行估计。该方法是利用大气中多点的偏振信息进行信息融合辅助导航，精度高，避免了单个点易受环境因素的干扰，能够实现高环境适应性、自主导航。

技术领域

本发明属于组合导航领域，具体涉及一种基于置信度的偏振自主组合导航方法。

背景技术

太阳光入射到地球，由于地球大气中的各种气溶胶粒子和气体分子，太阳光会出现散射，140多年前英国科学家瑞利提出了瑞利散射模型，随后人们利用瑞利散射获得了大气偏振分布模型，该模型是稳定的。通过不断的研究发现，很多生物利用天空偏振光进行导航或者辅助导航，例如，沙蚁可以通过观察天空偏振光进行觅食和归巢，维京人利用方解石观察天空偏振模式进行航海。偏振导航具有隐蔽性强、无源、无辐射等特点，可以运用于多种复杂环境，是现代导航技术的一个新方向。

现有的点源式偏振辅助导航利用的偏振传感器数量较少，只能测得太空中少数点的偏振模式，且单点的偏振模式容易受到云层等干扰，未能充分利用大气中的偏振信息。中国专利一种基于天空偏振光分布模式的导航定位方法，专利号：201410012966.7，提出一种基于偏振分布模式的导航定位方法，利用全天空偏振模式进行偏振匹配，但该模式易受环境影响，并且建立模式难度较大；中国专利基于多方向偏振光的实时导航装置，专利号：201610717237.0，利用五个偏振传感器测量偏振矢量，认为偏振度大的传感器测量的偏振矢量信息较准确，用最准确的两个矢量进行融合得到太阳矢量，未能从太阳矢量自身出发去判断精度，信息过滤较多，且传感器数量较少，测量获得的偏振信息有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于置信度的偏振自主组合导航方法，利用多个偏振传感器得到模块坐标系下的偏振矢量，通过矢量叉乘得到太阳矢量的方向，再通过基于置信度的动态信息分配得到更加准确的太阳矢量信息，然后由经纬度和时间信息解算地理系下的单位太阳矢量S^t。最后利用得到的不同坐标系下的单位太阳矢量建立偏振导航线性模型，通过卡尔曼滤波器对导航参数进行估计。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于置信度的偏振自主组合导航方法，实现步骤如下：

步骤(1)利用偏振传感器阵列中的多个偏振传感器获取天空偏振方位角，即可获得模块坐标系下的偏振矢量通过坐标转换关系，将转化到本体坐标系中

步骤(2)利用载体的地理位置信息和时间信息，确定地理坐标系下的标准太阳矢量S^t；

步骤(3)通过本体坐标系下的偏振矢量在本体坐标系下，建立偏振矢量与太阳矢量的转换关系，得到测量太阳矢量S_ij；

步骤(4)通过将标准太阳矢量S^t转化到本体坐标系中得到本体坐标系下的标准矢量S^b，以矢量S^b为半径，以观测点为球心，根据球心角建立太阳矢量的置信度；

步骤(5)根据置信区间，排除掉不在区间内的太阳矢量，对剩余的太阳矢量通过偏振传感器的协方差矩阵进行信息融合，得到量测太阳矢量

步骤(6)对步骤(5)中的量测太阳矢量和步骤(2)中的标准太阳矢量进行做差，得到偏振量测信息，与惯性导航组合，通过卡尔曼滤波，得到更高精度的姿态信息；

所述步骤(1)具体实现如下：

在模块坐标系下，通过获取N个偏振传感器获取偏振方位角，将每个传感器的偏振矢量表示为：