[发明专利]一种偏振-地磁信息深度融合全自主姿态解算方法有效

专利信息
申请号: 201911250895.3 申请日: 2019-12-09
公开(公告)号: CN110887472B 公开(公告)日: 2021-10-22
发明(设计)人: 郭雷;张洁;张青云;王善澎 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G01C21/00 分类号: G01C21/00;G01C21/02;G01C21/08
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 安丽;杨学明
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 偏振 地磁 信息 深度 融合 自主 姿态 方法
【权利要求书】:

1.一种偏振-地磁信息深度融合全自主姿态解算方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤(1)、利用运动体上安装的偏振传感器获取天空偏振场信息,通过偏振矢量p与太阳矢量s*b的信息传递关系,解算机体系下的太阳矢量s*b并进行单位化得sb,结合运动体当地位置及时间,确定导航系下的太阳矢量sn;所述机体系是指以运动体为参考建立的坐标系;

步骤(2)、通过三轴磁力计测量并解算,得到机体系下的地磁矢量mb,参考世界地磁模型WMM求解导航系下地磁矢量mn,对mb和mn进行单位化得到和提取两坐标系下的地磁矢量的角度信息;

步骤(3)、结合前两步骤得到的矢量,通过符号公式:消除步骤(1)中机体系下太阳矢量sb的二义性得到

步骤(4)、根据矢量叉乘运算法则,联合机体系下单位化的地磁矢量和太阳矢量建立机体系下的二阶方位张量Fb;在导航系下,基于太阳矢量sn和单位化的地磁矢量融合,构建导航系下的二阶方位张量Fn

所述步骤(4)中的根据矢量叉乘运算法则,联合机体系下单位化的地磁矢量和太阳矢量建立机体系下的二阶方位张量Fb;在导航系下,基于太阳矢量sn和单位化的地磁矢量融合,构建导航系下的二阶方位张量Fn,具体方法如下:

联合单位化的地磁矢量和太阳矢量构建机体系下的二阶方位张量Fb

基于太阳矢量sn和单位化的地磁矢量构建导航系下的二阶方位张量Fn

步骤(5)、通过姿态转换关系建立Fb与Fn的信息传递关系:结合步骤(3)和(4)得到的Fb及Fn,反演解算姿态转换矩阵得到运动体的航向角ψ和姿态角θ,γ。

2.根据权利要求1所述的一种偏振-地磁信息深度融合全自主姿态解算方法,其特征在于:

所述步骤(1)的利用偏振传感器获取天空偏振场信息,通过偏振矢量p与太阳矢量s*b的信息传递关系,解算机体系下的太阳矢量s*b并进行单位化得sb,结合运动体当地位置及时间,确定导航系下的太阳矢量sn,具体要求如下:

通过偏振传感器获取两个不同方向di,dj的偏振角αij,方向矢量di,dj在传感器坐标系中表示为(μiνi)和(μjνj),其中,μij为传感器坐标系中的天顶角,νij为传感器坐标系中的方位角,即与x轴顺时针夹角,那么di,dj两方向上的偏振矢量pi,pj表示为:

pi=[sinμicosνi -sinμisinνi cosμi]T

pj=[sinμjcosνj -sinμjsinνj cosμj]T

根据瑞利散射理论,建立偏振矢量与太阳位置矢量之间的信息传递关系,得到传感器坐标系下的太阳矢量ss,表示为:

ss=pi×pj

将传感系坐标系下的太阳矢量ss,通过安装矩阵转换关系:并进行单位化得到机体系下的太阳矢量sb

根据运动体的位置信息和时间信息,通过查询天文年历得到太阳相对于地理坐标系的天顶角σ和方位角δ,则对应的导航系下的太阳矢量为:

sn=[sinσcosδ -sinσsinδ cosσ]T

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