[发明专利]一种差分天空偏振罗盘大气折射误差的反演及修正方法

权利要求书

1.一种差分天空偏振罗盘大气折射误差的反演及修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)各个天空偏振光测量基准站独立测量天空偏振光状态，由已知的基准站位置、时间和航向信息反演计算当前天空大气折射误差角数据，并上传天空偏振数据中心；所述反演采用局部大气折射误差角反演算法，它是以基准站位置、时间、姿态信息为基础，利用基于瑞利散射模型以及惯性测量单元的航向解算方法对大气折射误差角进行反演，从结果出发反向计算测量端的整个大气折射误差项，既保留了大气折射误差的变化特性，又避免了建立大气折射误差随环境参数变化的复杂模型，具体如下：

已知基准站天空偏振罗盘航向Ψ₀与时间和位置信息，先计算出基准站太阳高度角Hs与太阳方位角As，再结合基准站天空偏振罗盘上惯性测量单元输出的横滚角γ与俯仰角θ，以及实测的偏振角β，反演出当前基准站所处天空下的大气折射误差角φ为：

其中各个系数具体表达式如下：

A₁＝cosγcosβcosHssinAs+sinβcosHscosAs

B₁＝-sinγcosβcosHssinAs

A₂＝sinβcosHssinAs-cosγcosβcosHscosAs

B₂＝sinγcosβcosHscosAs

A₃＝sinγcosβsinHs

B₃＝cosγcosβsinHs

(2)天空偏振数据中心接收并存储各个天空偏振光测量基准站发送来的大气折射误差角数据；

(3)用户端天空偏振罗盘向天空偏振数据中心发送数据请求；

(4)天空偏振数据中心选取用户端天空偏振罗盘邻近的多个天空偏振光测量基准站的大气折射误差角数据，进行加权平均后发送给用户端天空偏振罗盘；

(5)用户端天空偏振罗盘利用接收到的大气折射误差角数据进行导航修正，提高航向精度。

2.根据权利要求1所述的一种差分天空偏振罗盘大气折射误差的反演及修正方法，其特征在于，所述步骤(4)中，选取多个天空偏振光测量基准站的大气折射误差角数据需要同时满足的条件为：(a)用户端天空偏振罗盘在基准站的有效半径内，即处于同一局部天空下；(b)基准站的大气折射误差角数据上传时间与当前时间之差在定义的阈值范围内，时间差超过阈值认为数据失效。

3.根据权利要求1所述的一种差分天空偏振罗盘大气折射误差的反演及修正方法，其特征在于，所述步骤(5)中，导航修正过程包括：首先对用户端天空偏振罗盘收到的大气折射误差角数据进行信息分配；接着再获取转换矩阵，利用基于瑞利散射模型和惯性测量单元的航向解算方法计算更新的航向角；

具体实现步骤为：

a)、用户端天空偏振罗盘根据收到的大气折射误差角φ，将其作为已知的随机公共误差项并基于自身水平姿态进行误差角信息分配，即将大气折射误差角φ映射到横滚角γ和俯仰角θ上，信息分配按下面两个式子确定，

Δγ和Δθ分别表示由大气折射误差引起的横滚角和俯仰角的误差；

b)、接着将Δγ、Δθ作为已知量进行如下的航向角更新解算：

首先得到更新后的转换矩阵

再利用瑞利散射垂直关系：

E_p通过用户端偏振罗盘测量偏振角β得到，S_n通过用户端位置时间信息计算太阳高度角Hs、太阳高度角As得出，因此S_n＝[cosHssinAs cosHscosAs sinHs]^T；E_p＝[cosβ sinβ 0]^T为已知量，方程中只含有一个未知数，即航向角Ψ，解之即得到大气折射误差修正后的用户端偏振罗盘航向。