[发明专利]一种基于偏振光的判定式组合导航方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种基于偏振光的判定式组合导航方法，属于无人机导航技术领域。

背景技术

无人机是一种利用无线电设备遥控或自身备份的程序装置控制的不载人飞机。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。随着近年来技术的发展，无人机得到空前的发展，越来越受到各国和军方的关注。无人机目前主要用于军事侦查、骗敌诱饵、对地攻击、通信中继、航空遥感、救灾抗险等，展现了巨大的市场前景。

尽然如此，但使用GPS导航的无人机在飞行过程中极易受到电磁干扰和人为因素的影响。伊朗利用美国无人机GPS“信号微弱、易于操纵”的弱点，切断其与美国基地的通信线路，然后重构它的GPS坐标，引导它降落在伊朗境内。因此无人机导航的方式对无人机飞行至关重要。目前主流的导航方式是以GPS为基础的组合导航方式，各种组合导航方式很大程度上依赖GPS信息。但是在战争情况下，GPS信号很容易受到敌方干扰或电子诱骗。为了降低对GPS的依赖性，本发明加入了偏振光传感器，引入了基于偏振光的导航定位方法。偏振光传感器可以为无人机提供航向角信息，同时结合其他传感器信息可以进行无人机定位。如专利201310037586.4，公开了一种基于偏振光仿生导航的定位系统及其定位方法。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种利用偏振光定位信息为基础来判定GPS信号是否失真的判定式组合导航方法。解决的问题是在GPS信号失真的情况下，能够及时识别出来，并切换组合导航的模式，从而能够在一定时间内保证无人机继续按照预定的航线飞行。

本发明的技术方案：

一种基于偏振光的判定式组合导航方法，该方法中使用的设备包括偏振光传感器、惯性元件、GPS模块、气压高度计和飞控计算机。偏振光传感器和GPS模块分别通过UART串口与飞控计算机连接，惯性元件通过SPI接口与飞控计算机连接，气压高度计通过I2C接口与飞控计算机连接，飞控计算机负责处理各传感器数据，此外在飞控计算机芯片中另固化有天文历模块程序。

惯性元件包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。三轴加速度计用来测量三个方向的加速度信息，三轴陀螺仪用来测量飞机三个旋转方向的角速度信息。

气压高度计用来测量无人机实时高度。

偏振光传感器可以提供无人机的航向角，结合天文历模块提供实时的经纬度信息。

GPS模块为无人机提供实时的经度和纬度信息。

天文历模块为偏振光导航定位提供不同时刻的太阳赤纬以及均时差信息。

飞控计算机不仅要实时的处理各种传感器传来的数据并做出判断，而且还要将处理的结果反馈给无人机的控制机构，以实现对无人机机械机构的控制，同时也将数据发送到地面的接收站以及接受地面控制人员的指令等任务。

一种基于偏振光的判定式组合导航方法，该判定式组合导航方法的具体步骤如下：

(1)偏振光传感器获得无人机的航向角，惯性元件测得无人机的加速度和角速度，将航向角、加速度和角速度的数据输送到子滤波器1中，经过滤波信息融合处理得到无人机经纬度1。

(2)偏振光传感器和天文历模块将偏振方位角、太阳赤纬以及均时差信息输入飞控计算机进行处理，得到无人机经纬度2。

(3)将无人机经纬度1和无人机经纬度2同时输送到子滤波器2中，得到无人机经纬度3。

(4)GPS模块将无人机实时的经纬度信息输送到飞控计算机中，通过无人机经纬度3来判定GPS信号的有效性；根据GPS模块提供的经纬度和无人机经纬度3计算两点之间的距离Distance；误差区域ΔP即为以无人机经纬度3为圆心，以偏振光传感器和天文历模块测得的无人机定位精度为半径的圆区域，半径用r表示；如果距离Distance大于半径r,即GPS模块测得经纬度落入误差区域ΔP外，就认定GPS信号失真，就以无人机经纬度信息3作为无人机下一个航点位置计算的依据；如果距离Distance小于半径r,即GPS模块测得经纬度落入误差区域ΔP内，认定GPS信号的有效，将GPS模块提供的位置信息与无人机经纬度3输送到主滤波器中，最终得到无人机的位置信息。

(5)惯性元件的输出的位置误差随时间不断发散，将无人机的最终位置信息反馈给子滤波器1，抑制惯性元件漂移所造成的位置误差。

本发明的有益效果是：

1、加入了偏振光传感器，一方面偏振光传感器可以为无人机提供高精度的航向角，另一方面结合天文历模块可以提供经纬度信息。

2、偏振光导航是一种完全自主式的导航，不受电磁干扰。