[发明专利]一种基于偏振/天文辅助的自主导航定位方法

说明书

本发明涉及一种基于偏振/天文辅助的自主导航定位方法，首先，利用仿生偏振传感器获取观测点偏振信息，通过天空偏振信息解算载体坐标系下的太阳高度角；其次，利用星敏感器获取一星体的星象点坐标，通过星体在星敏感器中的星像点坐标，解算载体坐标系下的星体高度角；再次，由惯性导航系统提供的经纬度信息，利用天文导航球面三角形几何关系得到载体坐标系下的计算太阳高度角和计算星体高度角；最后，利用传感器观测得到的天体信息与惯性导航系统计算得到的天体信息建立组合导航系统位置量测模型，利用卡尔曼滤波解算载体的经纬度位置信息。本发明方法算法简单、可靠性好、全自主定位。

技术领域

本发明涉及组合导航定位领域，尤其涉及一种基于偏振/天文辅助的自主导航定位方法，可应用于高空无人机、飞艇、浮空器等飞行器的位置获取，提高导航系统在无卫星导航信号条件下的自主导航能力。

背景技术

天文导航是通过观测自然星体来确定载体的位置或姿态的一种导航方式，具有误差不随时间积累、独立性强，隐蔽性好等优点。但天文导航在大气层内工作时受天气条件限制，白天时星光系统的测星能力被大幅削弱，为解决这一问题，天文导航系统常采用小视场单星观测，利用狭小的视场获得更高分辨率的观测星图，更好的分辨提取星体信息。但通过小视场观测单颗星体对星体方位角的测量精度较低，从而解算得到的载体位置精度较差，不利于高精度的导航系统。偏振光导航是通过研究生物对天空偏振光感知机理及大气偏振分布模式发展起来的导航方法，具有无源、无辐射、隐蔽性好，误差不随时间积累等优点。通过偏振光导航与天文导航的结合，可实现大气层内高空环境下飞行器的高精度自主导航定位功能，在卫星导航信号不可用或拒止的环境下仍可提供高精度的导航位置信息。

现有的天文单星定位方法主要是通过分别观测两个不同时刻的星体信息，再利用高度差法解算载体的位置信息，因此该方法实时性差，很难适用于高速大机动的载体，而现有偏振光导航方法大多通过偏振信息反演地理系下太阳矢量信息进行定位，定位过程必须知道载体的航向信息。而航向角误差会带来较大的定位误差。已申请的中国专利201310037586.4，“基于偏振光仿生导航的定位系统及其定位方法”、已申请的中国专利CN103822629，“基于多方向偏振光导航传感器的定位系统及其定位方法”都是通过偏振信息求取太阳矢量信息反演位置信息，该方法都需要磁罗盘提供航向信息，而磁罗盘易受干扰。论文“一种偏振光自定位方法的分析及实现”和论文“多方向偏振光实时定位样机的设计与搭建”所提出的偏振光定位方法同样需要利用磁罗盘提供航向信息，上述方法都没有将偏振信息与天文信息融合进行组合定位。

发明内容

考虑现有技术存在的问题，本发明提出一种基于偏振/天文辅助的自主导航定位方法，该方法通过将偏振导航与天文导航相结合，解决大气层内高空环境下飞行器的自主定位问题。

本发明的技术解决方案为：一种基于偏振/天文辅助的自主导航定位方法，包括如下步骤：

(1)利用仿生偏振传感器获取观测点的偏振度信息d₁,d₂,d₃，通过观测点的偏振度信息解算载体坐标系下的太阳高度角h；

(2)利用星敏感器获取一恒星的星像点坐标(x_c,y_c)，通过恒星的星象点坐标解算载体坐标系下的星体高度角v；

(3)利用惯性导航系统提供的经纬度信息λ_c,L_c，解算载体坐标系下当前时刻的计算太阳高度角h_c和计算星体高度角v_c；

(4)利用观测得到的太阳高度角h和星体高度角v与计算得到的计算太阳高度角h_c和计算星体高度角v_c建立组合导航系统位置量测模型，结合组合导航系统状态方程，利用卡尔曼滤波解算载体的经纬度位置信息λ,L。