[发明专利]一种基于双中性点矢量的天空偏振三维定姿方法

说明书

本发明涉及一种基于双中性点矢量的天空偏振三维定姿方法。首先，利用偏振图像传感器获取像空间坐标系下双中性点矢量w₁、w₂，再根据中性点模型获取地理系下双中性点矢量U₁、U₂，最后以双中性点矢量建立坐标系，通过在像空间坐标系和地理系下的正交坐标基的转换，实现传感器的三维姿态解算。本发明提出的天空偏振三维定姿方法，对环境的适应性好，可实现无源、无辐射、全自主导航。

技术领域

本发明涉及一种基于双中性点矢量的天空偏振三维定姿方法，为研究天空偏振模式提供了一种新的思路，且可作为天空偏振导航的基础。

背景技术

生物学家发现天空偏振光可以作为生物导航的依据，后续研究发现，天空光经大气散射之后具有相对稳定的偏振模式，蕴涵着丰富的导航信息，自然界很多生物都能利用天空偏振光进行导航或者进行辅助导航。偏振导航机制是一种非常有效的导航手段，具有无源、无辐射、自主性强等特点，能够为复杂环境下的导航任务提供新的解决途径。

研究生物仿生导航，是21世纪导航技术发展的一个新方向。大气偏振模式的对称性以及理想环境下的大气瑞利散射模型都成为了偏振导航的依据，但这两者都有一定的局限性，前者只能实现二维导航，后者对环境的适应性较差。目前基于天空偏振定姿的方法多基于这两种依据。基于大气偏振中性点的导航定位方法，专利号：201510044262.2，利用两中性点连线在太阳子午线上这一特征来实现定向，即利用大气偏振的对称性来实现定向，只能输出偏航角，另外两种姿态信息无法测量。一种基于偏振光传感器的航姿测定方法，专利号：201410628075.4，通过对基于瑞利散射和实际测量的入射光最大偏振方向之间的误差进行互补滤波，从而输出航向角，但这种方法的准确性依旧依赖于理想的瑞利散射模型，受环境影响大，且偏振只提供偏航角这一姿态信息。基于大气偏振模式空间特性的三维姿态获取，专利号：201210005641.7，通过对天空多点采样结果特征响应矩阵的解算来获取传感器的三维姿态信息，数据量大，计算复杂，且在复杂天气环境下特征响应关系难以寻找。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于双中性点矢量的天空偏振三维定姿方法，利用偏振图像传感器获取像空间坐标系下双中性点矢量w₁、w₂，再根据中性点模型获取地理系下双中性点矢量U₁、U₂，以双中性点矢量建立坐标系，通过在像空间坐标系和地理系下的正交坐标基的转换，实现传感器的三维姿态解算。

本发明的技术解决方案为：一种基于双中性点矢量的天空偏振三维定姿方法，通过下列步骤实现：

(1)利用偏振图像传感器获取像空间坐标系下双中性点矢量w₁、w₂；

(2)根据中性点模型获取地理系下双中性点矢量U₁、U₂；

(3)以双中性点矢量建立坐标系，通过在像空间坐标系和地理系下的正交坐标基的转换，实现传感器的三维姿态解算。

所述步骤(1)偏振图像传感器获取的像空间坐标系下双中性点矢量w₁、w₂分别为：