[发明专利]一种基于散射角权重分配的仿复眼偏振传感器自主定位方法

说明书

本发明涉及一种基于散射角权重分配的仿复眼偏振传感器自主定位方法，首先，设计多目曲面结构的仿复眼偏振罗盘，用于获取全天域偏振信息。其次，选取偏振度阈值范围内的三个偏振度测量值作为一组定位解算单元。接着，利用每组定位解算单元中三个观测点的空间几何关系和复眼偏振传感器的安装矩阵，得到载体系下的太阳高度角。选取每组定位解算单元中散射角小的基本偏振感知单元，将衡量偏振信息准确性的散射角作为权重，通过归一化处理，将归一化后的散射角作为权重作用到每个定位解算单元解算的太阳高度角上，得到高精度的太阳高度角。最终，通过不同时刻计算的太阳高度角，利用高度差法解算出载体位置。

技术领域

本发明属于导航领域，尤其涉及一种基于散射角权重分配的仿复眼偏振传感器自主定位方法。

背景技术

目前，常用的定位技术包括惯性导航、卫星导航、视觉导航和地形匹配导航。惯性导航系统位置误差会随着时间积累，无法满足长航时的工作需求，需要借助卫星导航进行误差校正；卫星导航可提供载体精确的经纬度信息，但是卫星信号极易受到电磁干扰或欺骗。视觉导航和地形匹配技术受限于地图精度和处理器处理效率，不适用于陌生、非结构化的环境。

大气偏振分布模式相对稳定，其中蕴涵着丰富的导航信息。研究表明，自然界生物例如，沙蚁、蜜蜂、候鸟等可以利用独特的偏振感知结构获取偏振信息，实现远距离觅食、归巢等活动。受生物的这种自主感知与导航方式的启发，仿生偏振导航成为研究热点。仿生偏振导航可通过模仿生物器官提取和分析偏振信息，获取载体的位置信息，实现偏振定位功能。

现如今基于偏振信息实现载体定位的方法有：基于偏振光仿生导航的定位系统及其定位方法，专利申请号：CN201310037586.4，利用单个偏振传感器测量的不同时刻偏振方位角信息求解当地的经纬度，该方法中偏振传感器受到干扰时，不能做到解算位置，且需要电子罗盘提供航向信息。基于多方向偏振光导航传感器的定位系统及其定位方法，专利申请号：CN201410088363.5，通过测量多观测方向偏振方位角信息，利用偏振矢量叉乘求取太阳矢量，同时集成电子罗盘提供航向信息，但系统易受电磁干扰，且未充分利用偏振度信息。一种基于全天域偏振度信息的偏振导航实时定位方法，专利申请号：CN201810583734.5，利用天空区域中最优的三个偏振度解算载体系下的太阳矢量，利用姿态传感器得到地理系下的太阳矢量，根据天文导航原理，解算出载体的经纬度。该方法需要借助姿态传感器提供姿态矩阵信息。一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法，专利申请号：CN201811328952.0，通过各观测点的偏振度与最大偏振度的关系，求解最大偏振度，进而解算太阳高度角。利用高度差法解算载体的经纬度信息，但是该方法依赖天顶偏振传感器，天顶传感器受到干扰或遮挡时会影响定位精度。本发明相比已有的偏振定位方法，可以不依赖其他辅助的姿态传感器，不依赖天顶偏振传感器，环境适应性强，计算精度较高，具有很高的实用性。

发明内容

本发明要解决的问题是: 提供了一种基于散射角权重分配的仿复眼偏振传感器自主定位方法。该方法可利用天空偏振光实现自主定位，具有适应性强，自主性强，不依赖其他辅助的姿态传感器与天顶偏振传感器的优点。通过设计多目曲面结构的仿复眼偏振罗盘，用于获取天空区域各观测点的偏振度信息。设计偏振度阈值，选取阈值范围内的三个偏振度测量值作为一组定位解算单元。利用每组定位解算单元中三个观测点的空间几何关系和复眼偏振传感器的安装矩阵，得到载体系下的太阳高度角。选取每组定位解算单元中散射角小的基本偏振感知单元，将衡量偏振信息准确性的散射角作为权重，通过归一化处理，将归一化后的散射角作为权重作用到每个定位解算单元解算的太阳高度角上，得到高精度的太阳高度角。通过不同时刻计算的太阳高度角，利用高度差法解算出载体位置，实现偏振定位功能。该方法可实现载体的位置输出，具有较好的环境适应性，可动态分配权重，克服现有偏振定位技术依赖其他辅助装置和易受电磁干扰的缺陷；同时克服现有的偏振定位技术利用偏振信息不充分的缺陷。

本发明的技术解决方案为：一种基于散射角权重分配的仿复眼偏振传感器自主定位方法，其实现步骤如下：