[发明专利]利用大气偏振光的三维定姿方法

摘要

本发明涉及导航技术，具体为一种利用大气偏振光的三维定姿方法。该方法是采用如下步骤实现的：（1）利用球面传感器阵列在线实时采集大气偏振模式；（2）将所采集的大气偏振模式作为三维定姿模型的原始数据，利用数据分析求出太阳投影点与天顶点在阵列上的相对位置及角距；（3）利用子午线与体轴夹角确定偏航角；（4）利用姿态解算公式求俯仰角及滚转角。本发明设计合理，采用大气偏振模式进行三维定姿，提供了一种很好的技术手段，具有完全自主特性，通过实时对大气偏振模式分布的检测，就可以解算出自身的三维姿态，简单可行没有累计误差，同时偏振信息存在于大气层内的可见光中，很难被人为的大面积干扰和破坏。

主权项

1.一种利用大气偏振光的三维定姿方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、建立体坐标系，以运载体的重心为原点O′，运载体的体轴为X′轴，指向运载体顶部为Z′轴，Y′轴满足右手直角坐标系规定；即X′O′Y′平面为运载体的飞行倾斜面；建立参考直角坐标系，以地面检测点为原点O，指向正东方向为X轴，垂直向上为Z轴，指向正北方向为Y轴；以XOY平面为参考水平面；将仿生复眼球面传感器阵列安装在运载体的重心O′处；（2）、利用仿生复眼球面传感器阵列实时采集各个方向上的太阳光E-矢量信息，并确定检测到水平方向的E-矢量的小眼阵列及其在球面上的几何位置；然后将原点O′和O重合后，确定检测到水平方向的E-矢量的小眼阵列在参考水平面上的投影，即太阳子午线在参考水平面上的投影CD；某时刻X′O′Y′平面和XOY平面的交线为AB；则在参考水平面上CD与AB之间的夹角σ由公式（1）确定sinσ=sinα-cosβsinθssinβcosθs---(1)]]>其中，α为太阳投影点S与倾斜面法线之间的夹角；β为倾斜面法线与Z轴之间的夹角；α和β均可由仿生复眼球面传感器阵列测量得到；θ_s为太阳极角，由太阳历理论计算得出；此时，由太阳历理论计算得出在参考水平面上CD与Y轴的夹角体轴OX′在水平面上的投影为OU′，由仿生复眼球面传感器阵列测量得出CD与OU′的夹角ρ为水平面上Y轴与两面交线AB之夹角，由公式（2）确定（3）、确定偏航角Ψ偏航角Ψ为在参考水平面上Z轴与OU′的夹角，由公式（3）确定：（4）、确定俯仰角θ和滚转角φX′轴和X轴的夹角ω，由公式（4）确定：cosω=cos²ρcosβ+sin²ρ..................................(4)俯仰角θ由公式（5）确定：cosω＝cosψcosθ...............................................(5)Y′轴和Y轴的夹角δ，由公式（6）确定：cosδ=sin²ρcosβ+cos²ρ.................................(6)滚转角φ由公式（7）确定：cosδ=cosψcosφ-sinψsinθsinφ.............................(7)即解算出偏航角ψ、俯仰角θ和滚转角φ，完成运载体在空间的姿态确定。