[发明专利]一种基于夜间环境的组合导航系统

说明书

本发明涉及一种基于夜间环境的组合导航系统，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；由夜间偏振测量单元、惯性测量单元、星光测量单元、里程计、避障单元、导航数据处理模块、数据存储及传输模块、电源及稳压模块组成。本发明将夜间偏振传感器与惯性/星光/里程计等多源导航信息进行融合，提高了导航系统的抗干扰能力和环境适应能力，增强了组合导航系统的隐蔽性。

技术领域

本发明涉及一种基于夜间环境的组合导航系统，可在夜间环境中在卫星导航系统受到干扰条件下，不需通过与外界进行信息交互，仍然保持一定的导航能力，可实现载体的全自主导航，提高载体的隐蔽性。

背景技术

复杂的应用环境对于抗干扰能力强的自主导航系统的需求日益增强，然而鉴于导航环境的日益复杂，各导航系统所存在的缺陷，单一导航方式不再能够满足上述需求，发展具有自主性强，隐蔽性好的组合导航系统，才能够适应复杂环境的需求。同时，具备全天候导航能力的导航系统对于提升载体有效工作时间有着重要的作用，夜晚环境具有天然的隐蔽性，很多基于光学的探测手段如视觉，都不能使用。因此，发展具有夜间导航能力的组合导航系统至关重要。目前惯性/卫星在全天候导航的系统中应用最为广泛，而惯性导航虽然具有强自主性，但其误差随时间积累，不适用于单独进行长时间导航，卫星导航易受到干扰和欺骗，并且在楼宇等环境中飞行时易受影响而无法提供准确真实的导航信息，使得卫星导航系统的使用受到了极大的限制。因此发展具有夜间导航能力的自主组合导航系统，是亟待解决的导航技术问题。

偏振导航是近年来兴起的一种自主导航方式，是基于仿生学发展起来的一种新型导航方法，但是目前的研究热点集中于日间，仅针对光线较为强烈的白天，对于夜间弱光环境下，其系统并不具备夜间昏暗环境下的自主导航能力。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有夜间导航系统容易受到外部环境干扰的缺点，提供一种基于夜间环境的组合导航系统，将夜间偏振传感器与惯性/星光/里程计等多源导航信息进行融合，提高了导航系统的抗干扰能力和环境适应能力，增强了组合导航系统的隐蔽性。

本发明的技术解决方案是：一种基于夜间环境的组合导航系统，由夜间偏振测量单元、惯性测量单元、星光测量单元、里程计、避障单元、图像处理单元、微处理器、数据存储单元、数传电台、电源模块、稳压模块组成。其中，夜间偏振测量单元由低照度CCD相机、转接环、偏光轮、镜头、遮光罩、抗干扰滤波器组成，通过与图像处理单元连接，进行控制信号和偏振数据的传输。微处理器负责采集惯性测量单元，星光测量单元，里程计，避障单元的数据，接收图像处理单元传送过来的偏振数据，并负责进行导航信息解算。数据存储单元用于实时记录导航数据。电源模块负责给各测量单元提供稳定可靠的直流电源，稳压模块负责将电源模块的输出电压进行转换，为微处理器等单元供电。

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

所述传感器模块包括：夜间偏振测量单元、惯性测量单元、星光测量单元、里程计和避障单元；夜间偏振测量单元负责采集天空偏振模式图像，将图像传输到图像处理单元进行处理，并且对图像处理单元传过来的控制信号进行响应；惯性测量单元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；星光测量单元测量天空中的星光矢量信息，将数据传送给微处理器；里程计测量载体速度信息，并将数据传送给微处理器；避障单元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；

所述导航数据处理模块包括图像处理单元和微处理器；图像处理单元负责向夜间偏振测量单元发送控制信号，并接收夜间偏振测量单元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；所述微处理器，与惯性测量单元、星光测量单元、里程计、避障单元、图像处理单元相连，用于接收惯性测量单元、星光测量单元、里程计、避障单元以及图像处理单元输出的导航信息，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；