[发明专利]偏振光及红外传感器辅助惯导系统定姿方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行器姿态测量与估计技术领域，涉及一种偏振光及红外传感器辅助惯导系统定姿方法。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)简称：惯导系统，它是一种全自主的导航系统，可以连续、实时地提供位置、速度和姿态(横滚角、俯仰角和航向角)信息，其短时精度很高，且具有隐蔽性好，不受气候条件限制等优点，因而广泛应用于航空、航天、航海等领域。但是，惯导系统的误差随时间增长，因此需要与其他导航系统构成组合导航系统。在最常用的INS/GPS组合导航系统中，利用卡尔曼滤波技术可以有效地降低组合导航系统的位置误差和速度误差，但是对姿态误差的影响很小，尤其很难抑制航向角误差的积累，于是针对提高惯性导航姿态测量精度的研究成为当今很多学者的研究重点。

传统技术中对于惯导系统的姿态误差修正大多采用差分GPS、磁力计或者倾角传感器来实现，但是由于以上方法均存在不同程度的缺点，比如差分GPS需要安装多天线，受体积限制，不适合微小型飞行器，且无线信号容易受干扰，不具有隐蔽性；磁力计采用地磁原理工作，容易受周围磁场影响；倾角传感器依靠重力分量进行测量姿态，不适用于加速运动的飞行器。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明一种偏振光及红外传感器辅助惯导定姿方法，偏振光传感器根据光学原理测量航向信息，红外传感器根据红外热感原理测量横滚、俯仰姿态信息，将两者组合可以精确测量飞行器的三维姿态角。由于其基于光学和红外热感应原理工作，不受电磁波干扰，具有一定的自主性和隐蔽性，且精度不随时间变化，在长航时运动中具有突出表现。本发明将偏振光、红外传感器与INS进行组合，不但可以抑制惯导系统姿态角误差的发散，同时对位置和速度误差也起到了一定的修正作用。此方法可以有效地补偿惯导系统中陀螺仪在积分过程中随时间积累产生的误差，从而得到高精度、全自主的位置和姿态信息。

本发明采用的技术方案是偏振光及红外传感器辅助惯导系统定姿，其特征是，采用偏振光传感器、红外传感器测量飞行器的航向角、横滚角、俯仰角与惯性导航系统中陀螺仪测量的三维姿态角进行卡尔曼滤波，将所得最优估计姿态角反馈至惯性导航系统中，提高惯性导航系统的测量精度。

该方法的具体步骤如下：

步骤一：采集红外传感器和偏振光传感器输出的数据，确定飞行器的横滚角φ_IR、俯仰角θ_IR、航向角ψ_P，建立组合系统的初始捷联矩阵