[发明专利]一种基于非瑞利散射模型误差的惯导/偏振组合导航方法

权利要求书

1.一种基于非瑞利散射模型误差的惯导/偏振组合导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，考虑非理想瑞利天气下由于气溶胶多次散射引起的非瑞利散射模型误差对组合导航的影响，对非瑞利散射模型误差进行建模，记为非瑞利散射模型误差；

第二步，将第一步中的非瑞利散射模型误差与惯导失准角、速度误差，位置误差共同构成组合导航模型中的状态变量，、分别为陀螺、加速度计的常值漂移；进而建立组合导航系统的状态方程，F为状态转移矩阵，W为过程噪声；

第三步，将第一步中的非瑞利散射模型误差引入偏振矢量，为由传感器坐标系到载体系间的姿态转换矩阵，同时利用偏振矢量、n系下太阳矢量sⁿ与惯导解算得到的姿态旋转矩阵构建量测Z，进而完成基于非瑞利散射模型误差的量测建模，h(X)为量测函数，v为量测噪声，与第二步中的状态方程共同构成惯导/偏振组合导航的系统模型；n系为导航系，b系为载体系；

所述第三步中，将第一步中的非瑞利散射模型误差引入偏振矢量，为由传感器坐标系到载体系间的姿态转换矩阵，同时利用偏振矢量、n系下太阳矢量sⁿ与惯导解算得到的姿态旋转矩阵构建量测Z，进而完成基于非瑞利散射模型误差的量测建模为量测函数，v为量测噪声，与第二步中的状态方程共同构成惯导/偏振组合导航的系统模型，具体实现步骤如下：

传感器坐标系，即m系建立如下：以传感器零位参考方向为x_m，y_m与其构成右手螺旋准则；

根据天文年历得到太阳在n系下的高度角和方位角，从而地理系下的太阳矢量为：

由此得到为由b系到n系下的姿态转换矩阵；

利用矢量点积建立偏振量测，具体模型推导如下：

定义含模型误差的偏振矢量，其中：

根据小角度假设，对l进行泰勒展开，只保留一阶项，得到：

其中，

由于惯性器件漂移的存在使得姿态旋转矩阵存在如下关系：

其中，为存在失准角的姿态矩阵，为失准角的反对称矩阵，I为单位矩阵；

则偏振量测为：

其中，，的反对称矩阵；

考虑传感器噪声，得到基于非瑞利散射模型误差的偏振量测方程：

其中，为量测函数，v为量测噪声；

因此，惯导/偏振组合导航的系统模型为：

第四步，在第三步所建系统模型的基础上，应用扩展卡尔曼滤波方法对系统状态进行估计并反馈得到修正后的姿态旋转矩阵

为实际计算的b系到n系的姿态旋转矩阵，为惯导失准角的反对称矩阵，进而通过姿态旋转矩阵得到俯仰角，横滚角和航向角，将其作为捷联解算过程的初值重复第一、二、三、四步，完成惯导/偏振组合导航。

2.根据权利要求1所述的一种基于非瑞利散射模型误差的惯导/偏振组合导航方法，其特征在于：所述第一步中，考虑非理想瑞利天气下由于气溶胶多次散射引起的非瑞利散射模型误差对组合导航的影响，对非瑞利散射模型误差进行建模，记为非瑞利散射模型误差，具体步骤如下：

首先，假设实际偏振极化方位角由瑞利散射偏振方位角与非瑞利散射模型误差组成，即：

为了简化建模，将非瑞利散射模型误差建模为5°以内的缓变小角度常值，因此，所述的非瑞利散射模型误差具有以下特点：

。

3.根据权利要求1所述的一种基于非瑞利散射模型误差的惯导/偏振组合导航方法，其特征在于：所述第二步中，将第一步中的非瑞利散射模型误差与惯导失准角、速度误差，位置误差共同构成组合导航模型中的状态变量，进而建立组合导航系统的状态方程，F为状态转移矩阵，W为过程噪声，具体实现如下：

导航系统涉及两种坐标系：导航系，即n系，坐标轴分别指向东、北、天；载体系，即b系，坐标轴分别指向载体右,前，上；

捷联惯导误差状态方程如下：

失准角动态方程：

速度误差动态方程：

位置误差动态方程：

漂移动态方程：

其中，Vⁿ为载体在n系下的速度，为速度误差；为位置误差，分别为纬度误差、经度误差、高度误差；为地球自转角速度在n系下的投影，为的误差，为n系相对于地球坐标系即e系的角速度在n系下的投影，为的误差，f ^b为b系下加速度，、分别为陀螺、加速度计的常值漂移；为位置误差导数与速度误差之间的关系矩阵，为位置误差导数与速度之间的关系矩阵；

整合捷联惯导误差状态与非瑞利散射模型误差得到系统状态变量：

系统状态方程为：

其中，F为状态转移矩阵，W为过程噪声。