[发明专利]一种基于夜间环境的组合导航系统

权利要求书

1.一种基于夜间环境的组合导航系统，其特征在于：采用惯性、偏振、星光和里程计的组合导航方式，在卫星导航信号失效情况下，融合多个传感器的导航信息，实现干扰环境下的自主导航；

所述组合导航系统包括：传感器模块（8）、导航数据处理模块（18）、数据存储及传输模块（26）、电源及稳压模块（19）；

所述传感器模块（8）包括：夜间偏振测量单元（7）、惯性测量单元（14）、星光测量单元（13）、里程计（12）和避障单元（11）；夜间偏振测量单元（7）负责采集天空偏振模式图像，将图像传输到图像处理单元（15）进行处理，并且对图像处理单元（15）传过来的控制信号进行响应；惯性测量单元（14）对载体的角运动和线运动进行感知，负责测量角速度与加速度信息，并将数据传送给微处理器（17）；星光测量单元（13）测量天空中的星光矢量信息，并将数据传送给微处理器（17）；里程计（12）测量载体速度信息，并将数据传送给微处理器（17）；避障单元（11）用于让平台在接近障碍物时停止移动，防止撞击障碍物，对系统起到保护作用；

导航数据处理模块（18）包括图像处理单元（15）和微处理器（17）；图像处理单元（15）负责向夜间偏振测量单元（7）发送控制信号，并接收夜间偏振测量单元（7）发送过来的偏振数据并对该数据进行处理，将结果发送给微处理器（17）；所述微处理器（17），与惯性测量单元（14）、星光测量单元（13）、里程计（12）、避障单元（11）、图像处理单元（15）相连，用于接收惯性测量单元（14）、星光测量单元（13）、里程计（12）、避障单元（11）以及图像处理单元（15）输出的导航信息，并将各个导航参数测量单元的数据通过预先设定的导航算法，经过分析处理，融合获得载体导航过程中所需要的导航数据；

数据存储及传输模块（26），用于存储运动过程中测量的来自微处理器（17）的导航数据信息，并实现组合导航系统与外界的信息交互；

电源及稳压模块（19）为各单元提供电源及稳定电压；

所述微处理器（17）用于接收惯性测量单元（14）、星光测量单元（13）、里程计（12）、避障单元（11）以及图像处理单元（15）输出的导航数据，将星光测量单元（13）输出的星光矢量信息、惯性测量单元（14）输出的角速度信息、图像处理单元（15）输出的偏振信息进行融合得到载体姿态信息，将惯性测量单元（14）输出的加速度信息，里程计（12）输出的载体速度信息进行融合，得到载体的速度和位置信息，将避障单元（11）输出的障碍物信息与当前速度和位置信息进行融合，得到载体当前位置下的安全性信息；

所述夜间偏振测量单元（7）设计为低照度环境下的偏振测量结构，由低照度CCD相机（1）、转接环（2）、偏光轮（3）、镜头（4）、遮光罩（5）、抗干扰滤波器（6）构成，遮光罩（5）用于遮挡环境中的杂光，降低杂光对采集的天空偏振数据的影响，镜头（4）用于将环境光线折射到CCD上，偏光轮（3）用于旋转不同方向的偏振片到指定位置，低照度CCD相机（1）用于采集CCD上的图像数据；遮光罩（5）直接套在镜头（4）上，镜头（4）和偏光轮（3）之间通过转接环（2）连接，镜头（4）与转接环（2）之间由螺纹连接，转接环（2）与偏光轮（3）之间由螺纹连接，偏光轮（3）和低照度CCD相机（1）之间由螺纹连接，抗干扰滤波器（6）与低照度CCD相机（1）输出电路连接，用于滤掉图像中的高频噪声；

所述偏光轮结构放置四片不同偏振方向的偏振片，以及一个无偏塑料片；偏振片用于采集不同偏振方向的天空偏振光，无偏塑料片用于标定偏振片的偏振方向，作为光强参考值使用，所述不同偏振方向指偏振片本身具有的透振方向与该偏振片中心到圆形滤光轮中心的夹角，分别为0°，45°，90°，135°。