[发明专利]一种基于星光矢量信息的夜间偏振角误差修正方法有效

专利信息
申请号: 202111417645.1 申请日: 2021-11-26
公开(公告)号: CN113834481B 公开(公告)日: 2022-02-22
发明(设计)人: 王岩;杨悦婷;杨健;郭雷;陈泰航 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G01C21/02 分类号: G01C21/02;G01C21/00
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 金怡;江亚平
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 星光 矢量 信息 夜间 偏振 误差 修正 方法
【说明书】:

本发明涉及一种基于星光矢量信息的夜间偏振角误差修正方法。首先,利用偏振传感器测量载体当前状态下观测方向上的偏振角,将表示为偏振角真值和偏振角误差的和,并通过偏振传感器所测得偏振角计算偏振矢量;根据载体内置的时钟信息结合天文年历求出当前时刻月亮在惯性坐标系i系下的表示mi,并利用天文传感器测量得到b系和i系下的星光矢量,通过构建i系和b系之间的转换矩阵,结合该转换矩阵,将mi转换到b系下得到mb,作为月亮矢量在b系下的标称值;将偏振角误差作为状态量,结合惯导误差方程,定义状态向量x,进而建立状态方程;建立月亮标称值mb与观测点偏振角误差之间的关系方程,并对方程进行线性化,从而建立量测方程,对偏振角误差进行估计。

技术领域

本发明属于导航领域,涉及一种基于星光矢量信息的夜间天空偏振角误差修正方法,可用于复杂环境下飞行器在夜间存在电磁干扰,导致卫星信号失效的环境下无人运动载体的全自主导航,提高飞行器的生存能力。

背景技术

夜间环境光线较暗,具有隐蔽性好的优点,夜间自主导航能力事关飞行器飞行安全,对于有效完成飞行任务有着重要的意义。目前,美国的GPS系统,中国的BDS系统的建立,使得卫星导航系统已经得到了广泛应用,但其过于依赖通讯信号,使得信号被干扰或被遮挡时易导致导航信息失效。因此,提高载体全天时的自主导航能力具有重要的工程意义和实用价值。相比于日间环境,在夜晚昏暗的环境光条件下,基于可见光波段的视觉等导航方式也难以实现。为实现载体在夜间环境下的自主导航,需采用组合导航策略。

星光导航利用星敏感器测量天空中的星光矢量信息从而确定载体姿态,具有精度高、自主性强的优点,但同时,易受到天气的影响,如在云、霾等天气环境下,容易发生失效;偏振光导航基于大气粒子散射,是近年来基于仿生学发展起来的自主导航方法,具有抗干扰、强环境适应性等特点,在一定的云雾干扰下仍能保持良好的导航能力,但由于受到气溶胶、水蒸气等微粒对散射过程的影响,使得难以对其进行准确的建模,导致其精度相对天文导航较低。因此,结合两种导航方法的优点,在天文传感器有效时,用高精度的星光矢量信息对偏振信息进行修正,在天文传感器失效时,利用修正后的偏振信息进行导航,可以有效提高导航系统的精度和可靠性。但是,偏振信息由于受到气象和环境影响,误差往往较大,对于偏振误差的修正和补偿是一个难题。

现有偏振和天文的组合导航方法,如已授权专利“一种基于偏振信息的组合导航方法(ZL201611062735.2)”没有充分利用天文信息和偏振的特点,将二者结合考虑对偏振信息中所存在的误差进行修正,授权专利“一种基于偏振/天文信息融合的航向与姿态确定方法(ZL201911252069.2)”没有考虑偏振角误差的影响,更没有将天文和偏振信息紧密结合,利用天文信息对偏振角误差进行修正。

发明内容

为了解决现有技术的不足,从精度和稳定性的综合角度考虑,本文提出了一种基于星光矢量信息的夜间天空偏振角误差修正方法,结合天文信息对偏振误差进行修正,从而提高偏振信息精度,提高飞行器的抗干扰能力和姿态解算精度,能够实现高环境适应性的自主导航。

本发明的技术解决方案为:一种基于星光矢量信息的夜间天空偏振角误差修正方法,包括如下步骤:

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