[发明专利]一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统

权利要求书

1.一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统，其特征在于：所述导航系统不依赖GNSS有源导航信号，具有高度的自主性；它包括：光学导航数据融合处理器(1)、多光谱仿生偏振模块(2)、地平线姿态传感模块(3)、光流传感模块(4)、惯性辅助模块(5)、电源模块(6)、存储模块(7)、通信模块(8)和接口电路(9)；

所述的多光谱仿生偏振模块(2)通过解算不同波段天空光的偏振度和偏振方位角信息，为导航系统提供航向参数；多光谱仿生偏振模块(2)包括：绿色光谱偏振传感器(18)、蓝色光谱偏振传感器(19)、紫外光谱偏振传感器(20)和多光谱航向解算单元(17)；绿色光谱偏振传感器(18)采集天空偏振光绿光波段的偏振方位角和偏振度信息，蓝色光谱偏振传感器(19)采集天空偏振光蓝光波段的偏振方位角和偏振度信息，紫外光谱偏振传感器(20)采集天空偏振光紫外波段的偏振方位角和偏振度信息，多光谱航向解算单元(17)依据绿色光谱偏振传感器(18)、蓝色光谱偏振传感器(19)和紫外光谱偏振传感器(20)获得的偏振度参数，切换使用绿色、蓝色、紫外光谱偏振传感器的偏振方位角参数，满足各种复杂天气状况下偏振信息的测量，偏振信息的多源测量保证导航系统具有良好的环境适应性；

所述地平线姿态传感模块(3)通过提取图像中的地平线信息，为导航系统提供载体的横滚角和俯仰角量测信息；它由CCD相机(23)、RJ45通信接口(22)和姿态信息解算单元(21)组成；通过载体前视CCD相机(23)采集图像，并从图像中提取地平线信息，在姿态信息解算单元(21)中根据地平线信息在相机坐标系和导航坐标系之间的坐标确定载体的横滚角和俯仰角；

所述光流传感模块(4)，测量载体的运动速度，为导航系统提供三维速度量测信息；它由光流传感器组(24)、I2C通信接口(25)和光流处理单元(26)组成；

所述的惯性辅助模块(5)提供惯性信息对全光学导航系统进行辅助导航；它由三轴陀螺仪(27)和三轴加速度计(28)组成；

所述通信模块(8)用于多光谱仿生偏振模块(2)、地平线姿态传感模块(3)、光流传感模块(4)和惯性辅助模块(5)与光学导航信息融合处理器(1)进行数据传输，它包括USART1(13)、USART2(14)、USART3(15)和SPI(16)；

所述的存储模块(7)与光学导航信息融合处理器(1)相连，用来存储导航解算的数据；

所述的电源模块(6)分别与光学导航信息融合处理器(1)、多光谱仿生偏振模块(2)、地平线姿态传感模块(3)、光流传感模块(4)、惯性辅助模块(5)和存储模块(7)连接，为各模块的正常运转提供能源；

所述的全光学仿生导航系统中，多光谱仿生偏振模块(2)的绿色光谱偏振传感器(18)、蓝色光谱偏振传感器(19)和紫外光谱偏振传感器(20)分别独立解算不同波段天空光的偏振度和偏振方位角信息，经多光谱航向解算单元(17)得到载体航向信息和偏振信息，通过USART1(13)通信传输到光学导航信息融合处理器(1)；CCD相机(23)通过RJ45通信接口(22)与姿态信息解算单元(21)连接，解算后的载体姿态信息通过串口通信分别传输到多光谱仿生偏振模块(2)和光学导航信息融合处理器(1)；光流传感模块(4)中，光流传感器组(24)采集的光流数据经I2C通信接口(25)传输到光流处理单元(26)，解算获得速度信息通过USART3(15)通信传输到光学导航信息融合处理器(1)；惯性辅助模块(5)通过SPI(16)通信与光学导航信息融合处理器(1)连接，采集加速度计和陀螺仪数据进行辅助导航传输至光学导航信息融合处理器(1)；

所述光学导航信息融合处理器(1)将来自多光谱仿生偏振模块(2)的天空偏振信息、地平线姿态传感模块(3)的载体姿态信息、光流传感模块(4)的载体速度信息和惯性辅助模块(5)的加速度和陀螺仪信息进行卡尔曼数据融合，获得载体的位置、速度和航向姿态导航信息，并由接口电路(9)输出。