[发明专利]一种基于偏振光的判定式组合导航方法

摘要

本发明提供了一种基于偏振光的判定式组合导航方法，属于无人机导航技术领域。该方法使用的设备包括偏振光传感器、惯性元件、GPS模块、气压高度计和飞控计算机。通过偏振光传感器和惯性传感器的数据分别计算自身的经纬度，然后将这两个经纬度信息进行卡尔曼滤波，得到准确经纬度，将其与GPS模块提供的经纬度进行比较，决定是否最终采用GPS模块提供的经纬度信息，形成一种新的判定式组合导航方法。通过该方法可以降低无人机对GPS的依赖性，防止受到人为干扰和电子诱骗，确保无人机能按照预定的航线飞行。

主权项

一种基于偏振光的判定式组合导航方法，其特征在于，偏振光传感器和GPS模块分别通过UART串口与飞控计算机连接，惯性元件通过SPI接口与飞控计算机连接，气压高度计通过I2C接口与飞控计算机连接，飞控计算机负责处理各传感器数据，在飞控计算机芯片中固化有天文历模块程序；惯性元件包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；三轴加速度计用来测量三个方向的加速度信息，三轴陀螺仪用来测量飞机三个旋转方向的角速度信息；气压高度计用来测量无人机实时高度；偏振光传感器提供无人机的航向角，结合天文历模块程序提供实时的经纬度信息；GPS模块为无人机提供实时的经度和纬度信息；天文历模块程序为偏振光导航定位提供不同时刻的太阳赤纬以及均时差信息；该判定式组合导航方法的步骤如下：(1)偏振光传感器获得无人机的航向角，惯性元件测得无人机的加速度和角速度，将航向角、加速度和角速度的数据输送到子滤波器1中，经过滤波信息融合处理得到无人机经纬度1；(2)偏振光传感器和天文历模块程序将偏振方位角、太阳赤纬以及均时差信息输入飞控计算机进行处理，得到无人机经纬度2；(3)将无人机经纬度1和无人机经纬度2同时输送到子滤波器2中，得到无人机经纬度3；(4)GPS模块将无人机实时的经纬度信息输送到飞控计算机中，通过无人机经纬度3来判定GPS信号的有效性；根据GPS模块提供的经纬度和无人机经纬度3计算两点之间的距离Distance；误差区域ΔP即为以无人机经纬度3为圆心，以偏振光传感器和天文历模块程序测得的无人机定位精度为半径的圆区域，半径用r表示；如果距离Distance大于半径r,即GPS模块测得经纬度落入误差区域ΔP外，就认定GPS信号失真，就以无人机经纬度信息3作为无人机下一个航点位置计算的依据；如果距离Distance小于半径r,即GPS模块测得经纬度落入误差区域ΔP内，认定GPS信号的有效，将GPS模块提供的位置信息与无人机经纬度3输送到主滤波器中，最终得到无人机的位置信息；(5)惯性元件的输出的位置误差随时间不断发散，将无人机的最终位置信息反馈给子滤波器1，抑制惯性元件漂移所造成的位置误差。