[发明专利]一种基于光强的偏振惯导紧组合导航方法

说明书

本发明公开一种基于光强的偏振惯导紧组合导航方法，涉及偏振组合导航系统技术领域，用于解决现有的偏振组合导航系统抗干扰能力较低的技术问题。本发明所述的基于光强的偏振惯导紧组合导航方法，包括：以三维姿态失准角，三维陀螺随机漂移，偏振度作为状态量，建立偏振惯导紧组合状态方程；根据载体系下，偏振矢量垂直于太阳矢量及观测矢量的关系，建立偏振角与三维姿态失准角的相关关系；通过偏振传感器模型，建立基于对立双通道光强的偏振惯导紧组合量测方程；采用非线性卡尔曼滤波的滤波方法估计状态量中的三维姿态失准角及偏振度。本发明主要应用于导航系统中。

技术领域

本发明涉及偏振组合导航系统技术领域，尤其涉及一种基于光强的偏振惯导紧组合导航方法，能够用于估计GPS(Global Positioning System-全球定位系统)拒止、地磁干扰环境下组合导航系统的航向与姿态角，提高系统的抗干扰能力与导航精度。

背景技术

自然界中的生物具备出色的自主导航能力，可以利用多器官对外界信息进行感知和融合。经过研究发现许多生物，例如：沙蚁、蜜蜂、蝴蝶等均可以利用偏振罗盘和自身的平衡棒来获取航向和姿态信息。因此，人们研究生物的导航融合机制，发展了基于偏振的自主导航方法。由于仿生偏振导航具有自主性高、抗干扰能力强、误差不随时间累积的优点，为GNSS(Global Navigation Satellite System-全球导航卫星系统)拒止、地磁干扰环境下的自主导航提供了新的解决方案。近几年受到国内外广泛的关注，如何更好的利用偏振信息与惯导信息进行融合，得到更高精度的航向与姿态信息成为偏振导航系统的核心部分。

近几年，基于偏振的组合导航模型成为研究热点，论文“Method andImplementation of a Bioinspired Polarization-Based Attitude and HeadingReference System Aided by Inertial Sensors(基于仿生极化的惯性传感器姿态航向参考系统的实现与方法)”及专利“一种基于偏振信息的组合导航方法”(申请号：201611062735.2)均使用偏振传感器的解算信息即偏振角信息，然后利用偏振矢量与太阳矢量及观测矢量垂直的关系，建立偏振量测模型。专利“一种基于太阳矢量的偏振辅助导航方法”(申请号：201510295505.X)利用偏振传感器先解算出偏振角信息，然后得到偏振矢量，最后利用不同坐标系下的单位太阳矢量建立偏振导航线性模型。专利“一种基于偏振-地磁矢量紧组合的导航方法”(申请号：201811336222.5)利用偏振传感器先解算得到偏振角，然后根据偏振矢量与太阳矢量的垂直关系，提取出载体系下的太阳矢量，最后建立基于地磁矢量和太阳矢量的组合导航模型。

上述论文及专利的组合模型中，均未使用偏振传感器的原始光强信息，都是根据光强信息先解算出偏振角信息，然后利用偏振矢量或者太阳矢量建立组合导航模型。偏振传感器的噪声经过了多次相加、相乘等运算，使得噪声类型复杂，难以分析及补偿，并且这种方法至少需要两组对立通道才能够解算出偏振角信息，对偏振传感器通道数依赖性较大，降低了系统本身的抗干扰能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光强的偏振惯导紧组合导航方法，用于解决现有的偏振组合导航系统抗干扰能力较低的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于光强的偏振惯导紧组合导航方法，包括：以三维姿态失准角ψ_E,ψ_N,ψ_U，三维陀螺随机漂移ε_E,ε_N,ε_U，偏振度d，作为状态量x，x＝[ψ_E ψ_N ψ_U ε_E ε_N ε_U d]^T，建立偏振惯导紧组合状态方程；其中，三维姿态失准角、三维陀螺随机漂移的下标E、N、U分别表示东、北、天；