偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)定姿方法
【專利摘要】本發(fā)明偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)定姿方法屬于飛行器姿態(tài)測量與估計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)定姿方法。該方法采用偏振光傳感器、紅外傳感器測量飛行器的航向角、橫滾角、俯仰角與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中陀螺儀測量的三維姿態(tài)角進(jìn)行卡爾曼濾波，將所得最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角反饋至慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量精度，本發(fā)明將兩種方式測量的捷聯(lián)矩陣進(jìn)行最優(yōu)化融合，將融合后結(jié)果反饋至慣導(dǎo)系統(tǒng)對其矯正，由慣導(dǎo)系統(tǒng)向用戶輸出飛行器的位置、速度。本發(fā)明中所用傳感器均屬于自主導(dǎo)航器件，不易受外界干擾，較GPS、北斗等導(dǎo)航方式，具有一定的防欺騙性和隱蔽性。
【專利說明】偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)定姿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行器姿態(tài)測量與估計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)定姿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial Navigation System, INS)簡稱:慣導(dǎo)系統(tǒng)，它是一種全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以連續(xù)、實(shí)時(shí)地提供位置、速度和姿態(tài)(橫滾角、俯仰角和航向角)信息，其短時(shí)精度很高，且具有隱蔽性好，不受氣候條件限制等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海等領(lǐng)域。但是，慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差隨時(shí)間增長，因此需要與其他導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)。在最常用的INS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，利用卡爾曼濾波技術(shù)可以有效地降低組合導(dǎo)航系統(tǒng)的位置誤差和速度誤差，但是對姿態(tài)誤差的影響很小，尤其很難抑制航向角誤差的積累，于是針對提高慣性導(dǎo)航姿態(tài)測量精度的研究成為當(dāng)今很多學(xué)者的研究重點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)技術(shù)中對于慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)誤差修正大多采用差分GPS、磁力計(jì)或者傾角傳感器來實(shí)現(xiàn)，但是由于以上方法均存在不同程度的缺點(diǎn)，比如差分GPS需要安裝多天線，受體積限制，不適合微小型飛行器，且無線信號容易受干擾，不具有隱蔽性；磁力計(jì)采用地磁原理工作，容易受周圍磁場影響；傾角傳感器依靠重力分量進(jìn)行測量姿態(tài)，不適用于加速運(yùn)動的飛行器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)定姿方法，偏振光傳感器根據(jù)光學(xué)原理測量航向信息，紅外傳感器根據(jù)紅外熱感原理測量橫滾、俯仰姿態(tài)信息，將兩者組合可以精確測量飛行器的三維姿態(tài)角。由于其基于光學(xué)和紅外熱感應(yīng)原理工作，不受電磁波干擾，具有一定的自主性和隱蔽性，且精度不隨時(shí)間變化，在長航時(shí)運(yùn)動中具有突出表現(xiàn)。本發(fā)明將偏振光、紅外傳感器與INS進(jìn)行組合，不但可以抑制慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)角誤差的發(fā)散，同時(shí)對位置和速度誤差也起到了一定的修正作用。此方法可以有效地補(bǔ)償慣導(dǎo)系統(tǒng)中陀螺儀在積分過程中隨時(shí)間積累產(chǎn)生的誤差，從而得到高精度、全自主的位置和姿態(tài)信息。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)定姿，其特征是，采用偏振光傳感器、紅外傳感器測量飛行器的航向角、橫滾角、俯仰角與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中陀螺儀測量的三維姿態(tài)角進(jìn)行卡爾曼濾波，將所得最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角反饋至慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量精度。
[0006]該方法的具體步驟如下:
[0007]步驟一:采集紅外傳感器和偏振光傳感器輸出的數(shù)據(jù)，確定飛行器的橫滾角ΦΙΚ、俯仰角θικ、航向角ψρ，建立組合系統(tǒng)的初始捷聯(lián)矩陣C1N
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種偏振光及紅外傳感器輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)定姿方法，其特征在于，該方法采用偏振光傳感器、紅外傳感器測量飛行器的航向角、橫滾角、俯仰角與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中陀螺儀測量的三維姿態(tài)角進(jìn)行卡爾曼濾波，將所得最優(yōu)估計(jì)姿態(tài)角反饋至慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量精度，方法具體步驟如下: 步驟一:采集紅外傳感器和偏振光傳感器輸出的數(shù)據(jù)，確定飛行器的橫滾角ΦΙΚ、俯仰角ΘΙΚ、航向角ψρ，建立組合系統(tǒng)的初始捷聯(lián)矩陣CJ1

【文檔編號】G01C21/16GK103712621SQ201310718242
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】褚金奎, 支煒, 李曉雨, 金仁成, 關(guān)樂 申請人:大連理工大學(xué)