專利名稱：基于路徑積分的空間導航方法
技術領域：
本發(fā)明涉及導航與定位技術領域，是一種基于路徑積分的空間導航方法，特別涉及一種根據(jù)運載體局部運動距離、運載體姿態(tài)信息實時獲得運載體當前位置相對初始位置全局運動矢量的方法，可以用于空間運載體的導航與定位。
背景技術：
導航是一種為運載體運動時提供連續(xù)、安全和可靠服務的技術，無論是在軍事還是民用領域，都有著極為廣泛的應用，隨著科技進步與社會發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的導航方式，其中，自主導航成為一個新的研究熱點。以20世紀70年代以來信息技術的發(fā)展為基礎，出現(xiàn)了一系列新的導航技術，其中包括衛(wèi)星導航、慣性導航、地磁導航、偏振光導航以及組合導航等，這些系統(tǒng)更能滿足軍事和民用對運載體航行引導的要求，然而，這些新型方法主要是在新時期各種軍事操作需求的推動下發(fā)展起來的，每個方法都具有很強的針對性， 其導航方法和傳感器均有其特性和適用范圍，特別是在無通信、弱/無衛(wèi)星等惡劣條件下， 很多導航誤差非常大，甚至不能完成導航任務。路徑積分特別適合陌生環(huán)境下的導航，是沙蟻、蜜蜂等生物利用偏振光導航過程的主要策略，沙蟻等在外出覓食的過程中不斷地通過天空中的偏振光獲得運動的角度(羅盤信息)，通過本體感受器記錄在每個方向上的運動距離，并將這些角度和距離進行積分 (矢量疊加)，便可以得到任意時刻相對于出發(fā)點的位置和行進距離，從而始終維持一個指向出發(fā)點的全局矢量，這個矢量聯(lián)系著當前位置和出發(fā)點，因此能在結束漫游后以直線路徑返回出發(fā)點，這個過程稱為路徑積分。路徑積分原理簡單，實現(xiàn)方便，導航精度高，可以與其他導航方法結合，為運載體實時提供精確、連續(xù)、有效的導航信息。近年來，對于路徑積分乃至偏振光導航的研究大都致力于平面內應用，對于將路徑積分方法用于空間，實現(xiàn)空間運載體導航方面的研究還未見相關研究論文與報告。

發(fā)明內容
本發(fā)明是針對上述技術存在的不足之處，提供一種基于路徑積分的空間導航方法，將沙蟻利用偏振光按照路徑積分導航的方法推廣到三維空間，以達到三維空間中的運載體利用自然特性進行導航的目的，為三維空間中運載體的自主導航提供一種新的方法， 以使得在無通信、弱/無衛(wèi)星等惡劣條件下，同樣能夠獲得準確導航。本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案本發(fā)明基于路徑積分的空間導航方法的特點是按如下過程進行首先以運載體初始位置為原點0、以運載體初始位置所在緯線指向東的方向為X 軸方向，以運載體初始位置所在子午線指向北的方向為Y軸方向，以運載體初始位置所在地理垂線指向上方的方向為Z軸方向，建立描述三維導航所需的東北天地理坐標系OXYZ ； 所述東北天地理坐標系OXYZ中的XOY平面為大地水準面，YOZ平面為子午面；以所述運載體質心為原點Oi、以垂直于運載體運動方向水平向右的方向為&軸方向、以運載體的運動方向為も軸方向，以垂直干)CiOiYi面指向上的方向為も軸方向，建立運載體坐標系OiXiYiZi,
i = 1，L n，n為運載體從初始位置0出發(fā)，在空間中運動時路徑積分整合運算的歩數(shù)；運載
體從初始位置0運動到空間中第i個位置Oi,初始位置0相對于第i個位置Oi的全局運動
矢星表不為
「0009權利要求
1. 一種基于路徑積分的空間導航方法，其特征是按如下過程進行 首先以運載體初始位置為原點0、以運載體初始位置所在緯線指向東的方向為X軸方向，以運載體初始位置所在子午線指向北的方向為Y軸方向，以運載體初始位置所在地理垂線指向上方的方向為Z軸方向，建立描述三維導航所需的東北天地理坐標系OXYZ ；所述東北天地理坐標系OXYZ中的XOY平面為大地水準面，YOZ平面為子午面；以所述運載體質心為原點Oi、以垂直于運載體運動方向水平向右的方向為&軸方向、以運載體的運動方向為Yi軸方向，以垂直于XiOiYi面指向上的方向為軸方向，建立運載體坐標系OiXiYJi, i = 1,L n，n為運載體從初始位置0出發(fā)，在空間中運動時路徑積分整合運算的步數(shù)；運載體從初始位置0運動到空間中第i個位置Oi,初始位置0相對于第i個位置Oi的全局運動矢量表示為
2.根據(jù)權利要求1中所述的基于路徑積分的空間導航方法，其特征中當前運載體局部運動矢量與地理坐標系三軸之間的夾角α ‘ β ‘ Y' 1按如下過程進行運載體運動到第i個位置Oi時，運載體坐標系為OiXiYJi,根據(jù)相對運動原理，尋找映射關系Ci使得運載體坐標系OiXiYJi與導航所需的地理坐標系OXYZ的三個坐標軸方向一致； 假設此時運載體坐標系為0系，先繞自身OJi軸正向順時針旋轉α ‘ i角得到a系，而后繞自身OiYi軸正向順時針旋轉β ‘ i角得到b系，最后繞自身OJi軸正向順時針旋轉γ' i 角得到c系，此時OiXiYiZi與OXYZ軸向重合；坐標系OJiYA繞自身OJi軸正向旋轉α ‘,角后的旋轉矩陣為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于路徑積分的空間導航方法，其特征是根據(jù)沙蟻利用偏振光按照路徑積分方法進行導航的思想，在建立空間導航所需的地理坐標系和運載體坐標系的基礎上，首先通過運載體坐標系和地理坐標系之間的旋轉矩陣映射關系實時得出運載體當前運動局部矢量與地理坐標系三軸向的夾角，并根據(jù)運載體當前位置與前一位置之間的局部運動距離，結合路徑積分整合運算實時精準的獲得初始位置相對當前位置的全局運動矢量。本發(fā)明提供了一種空間運載體導航的路徑積分方法，可以用于空間運載體的導航。
文檔編號G01C21/24GK102269594SQ20111017530
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權日2011年6月27日
發(fā)明者葉子瑞, 張旭東, 田柳, 胡良海, 范之國, 高麗娟, 高雋 申請人:合肥工業(yè)大學