[发明专利]一种基于多模式的长航时飞行器仿生航向与姿态参考系统

说明书

本发明公开了一种基于多模式的长航时飞行器仿生航向与姿态参考系统，该系统包括：多模式信息融合处理模块、多源异构传感器模块、数据通讯模块、多模式切换模块、数据存储模块、接口电路模块及电源稳压模块。其中多模式信息融合处理模块由微处理器完成多源异构传感器数据的信息融合处理；多源异构传感器模块包括惯性测量单元、地磁测量单元、大气数据单元、偏振测量单元、天文测量单元、地平线测量单元；数据通讯模块用于多源异构传感器模块与多模式信息融合处理模块之间的数据通讯；多模式切换模块用于对传感器数据进行判断并实现系统多种模式切换功能；数据存储模块用于存储导航所需数据；接口电路模块用于数据传输和指令输出；电源稳压模块为系统提供稳定供电。

技术领域

本发明涉及一种基于多模式的长航时飞行器仿生航向与姿态参考系统，基于自然光场及物理场特性，可不依赖于卫星导航信号，不受结构化环境限制，为载体提供实时可靠的航向与姿态信息，可用于高空长航时飞机、无人飞艇等自主导航领域。

背景技术

可靠、自主的导航系统是保障高空长航时飞机、无人飞艇等运载体顺利完成远程侦查、监测、遥感等任务的关键技术。目前，惯性/卫星组合导航系统是最常用的导航方式，但卫星导航信号易受人为电磁干扰，拒止、对抗等特殊环境下不可用。视觉辅助惯性导航系统适用于已知的结构化环境，对于未知非结构化环境，无法预先获得地图数据库，因此无法应用。针对陌生非结构化、拒止环境下的长航时飞行器自主导航问题，急需发展一种适用于长航时飞行器的仿生航向与姿态参考系统。

仿生偏振导航是近年来兴起的一种全自主导航方式，其基于大气层内稳定的偏振分布场，能够为载体提供绝对的导航信息，具有无源、全自主、稳定、抗电磁干扰的特性，是目前自主导航领域的研究热点。天文导航是利用对自然天体的观测来确定载体自身导航参数导航技术。是一种被动式导航方式，具有全自主、隐蔽性好、可靠性高、生命力强等特点。地平线导航可利用地平线信息确定载体的水平姿态信息，与偏振导航结合恰能提供稳定可靠的载体三维姿态信息。因此，将偏振导航、天文导航、地平线导航技术应用于长航时飞行器的导航领域，可解决卫星信号不可用、陌生非结构化环境下的长航时飞行器自主导航问题，为载体提供稳定、可靠、全自主的导航信息。已授权中国发明专利“一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统”，专利号105021188B，该系统没有集成天文、大气数据等传感器，不适用于长航时的飞行环境，且导航系统不自主。已受理中国发明专利“一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统”,专利号109471433A，该系统同样集成了卫星导航系统，不自主且容易受到电磁干扰，该系统不具有多模式切换功能，不适用于长航时的飞行环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对续航时间高于12h的长航时飞行器全自主航向与姿态确定问题，克服卫星导航信号不可用，易受电磁干扰，陌生非结构化环境视觉导航不好用等缺点，提供一种适用于长航时飞行器的多模式航向与姿态参考系统，为高空长航时飞机、无人飞艇等载体提供全自主、可靠的航向与姿态信息。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种基于多模式的长航时飞行器仿生航向与姿态参考系统，其特征在于：包括多模式信息融合处理模块(1)、多源异构传感器模块(2)、数据通讯模块(3)、多模式切换模块(4)、数据存储模块(5)、接口电路模块(6)及电源稳压模块(7)；其中：

多源异构传感器模块(2)由多个不同传感器构成，包括：惯性测量单元(10)、地磁测量单元(11)、大气数据单元(12)、偏振测量单元(13)、天文测量单元(14)和地平线测量单元(15)，这些传感器分别对惯性信息、地球磁场信息、大气数据信息、天空偏振信息、天文信息、地平线信息数据进行采集，并通过数据通讯模块(3)将采集到的数据传输给多模式信息融合处理模块(1)；

多模式信息融合处理模块(1)包括：第一DSP微处理器(8)和第二DSP微处理器(9)，通过多模式切换模块(4)判断多源异构传感器模块(2)中不同传感器单元采集数据的准确性及可靠性，应用多传感器信息融合算法实时处理不同传感器采集的信息数据并完成导航信息解算；