[发明专利]利用自然光偏振模式确定大气层内飞行器空间姿态的方法

权利要求书

1.一种利用自然光偏振模式确定大气层内飞行器空间姿态的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、建立体坐标系，以飞行器的质心为原点O_b，X_b轴位于飞行器对称面内、平行于机身轴线，向前为正；Y_b轴垂直于飞行器对称面，向右为正；Z_b轴位于飞行器对称平面内，向下为正；

建立参考坐标系，原点O_α位于地面上某一点，X_α轴指向正北方向，Y_α轴指向正东方向，Z_α轴铅直向下；以X_αO_αY_α平面为参考水平面；

将仿生复眼球面传感器阵列安装在飞行器的质心处，即原点O_b；

（2）、确定偏航角ψ

将原点O_b和O_α重合后，利用仿生复眼球面传感器阵列实时采集各个方向上的太阳光E-矢量信息与偏振度信息，并确定检测到水平方向的E-矢量的小眼阵列及其在球面上的几何位置，那么检测到水平方向的E-矢量的小眼阵列在参考水平面上的投影，即太阳子午线在参考水平面上的投影CD；同时仿生复眼球面传感器阵列测量确定CD与X_b纵轴在参考水平面上的投影X_b′的夹角

此时，由太阳历理论计算得出在参考水平面上CD与X_α轴的夹角

偏航角ψ由公式（1）确定：

（3）、确定太阳位置

参考坐标系下，太阳位置S_a=(x_a y_a z_a)^T，由太阳历理论确定；

体坐标系下，太阳位置S_b=(x_b y_b z_b)^T，由仿生复眼球面传感器阵列检测到的偏振信息确定，即寻找满足下列三个条件的点：a)光强最大；b）偏振度为零；c）E-矢量方向水平；

（4）、确定俯仰角θ和滚转角γ

俯仰角θ由公式（2）确定：

θ=arcsinxa(yc)2+(xc)2-arcsinyc(yc)2+(xc)2.....................(2)]]>

滚转角γ由公式（3）确定：

γ=arcsinzau2+(zc)2-arcsinzcu2+(zc)2.....................(3)]]>

其中中间变量u由公式（4）确定：

u=x_csinθ-y_ccosθ……………………………………（4）

参数x_c、y_c和z_c由公式（5）确定：

xcyczc=RZ(ψ)xbybzb=xbcosψ+ybsinψybcosψ-xbsinψzb.....................(5)]]>

即解算出偏航角ψ、俯仰角θ和滚转角γ，完成飞行器在空间的三维姿态确定。