一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法，首先，设计仿复眼结构的偏振罗盘，获取多个观测点的偏振度信息；其次，结合偏振观测点在空间中的位置关系，智能获取全天域最大偏振度信息；再次，根据全空域最大偏振度求取地理坐标系下的观测太阳高度角；最后，通过测量不同时刻的观测太阳高度角，利用高度差法求取载体的位置信息。本方法相比于现有方法所需步骤简单，自主性强，不需要其他辅助传感器就能进行全球定位，可用于舰船、无人机等领域。

A Polarization Navigation Global Autonomous Positioning Method Based on Maximum Polarization Degree Observation

The invention discloses a polarization Navigation Global autonomous positioning method based on maximum polarization observation. Firstly, a polarization compass imitating compound eye structure is designed to obtain the polarization information of multiple observation points; secondly, combining the position relationship of polarization observation points in space, the global maximum polarization information is obtained intelligently; thirdly, the geographic coordinate system is obtained according to the maximum polarization degree in the whole space. At last, the position information of the carrier is obtained by using altitude difference method by measuring the altitude angle of the sun at different times. Compared with the existing methods, this method has the advantages of simple steps, strong autonomy and global positioning without other auxiliary sensors. It can be used in ship, UAV and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法
本专利技术涉及载体导航定位领域，尤其涉及一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法，该方法可用于海上舰船或地面移动车辆的自主导航定位。
技术介绍
载体在运动过程中需要实时确定自身的位置及姿态信息，导航定位技术就是获取载体的位置信息的一种技术。高稳定和高可靠的导航定位技术是航天器、航空器、地面机器人等实现对地观测、侦察以及军事打击等任务的核心技术。现阶段卫星导航是常用的导航定位方式，但是，卫星导航过于依赖通信信号，且容易受到干扰或欺骗等影响，视觉导航及地型匹配导航不受电磁干扰，但由于受已知图库的限制，更适用于熟悉环境中。天空中的大气偏振信息蕴涵着丰富的导航信息，通过对偏振信息的提取分析，可以得到太阳矢量信息，进而获取载体本身的位置信息，实现偏振定位功能。研究仿生偏振导航定位技术，可解决卫星导航信号受到干扰或不可用时，代替卫星导航实现导航定位功能，也可用于陌生未知环境下的导航定位。目前偏振光导航大多用于对载体姿态信息的获取，而现有的偏振光导航定位方式多是利用偏振方位角信息，如已申请的中国专利201310037586.4，“基于偏振光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法，其特征在于：该方法实现步骤如下：步骤(1)、设计由偏振导航传感器构成的仿复眼偏振罗盘，实时获取三个观测点偏振度信息d1(t)，d2(t)，d3(t)；步骤(2)、根据仿复眼偏振罗盘结构及所测得的偏振度信息，建立观测点偏振度信息d1(t)，d2(t)，d3(t)与全空域最大偏振度dmax(t)的关系；步骤(3)、地理坐标系下，根据Rayleigh散射理论，建立全空域最大偏振度dmax(t)与观测太阳高度角

【技术特征摘要】
1.一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法，其特征在于：该方法实现步骤如下：步骤(1)、设计由偏振导航传感器构成的仿复眼偏振罗盘，实时获取三个观测点偏振度信息d1(t)，d2(t)，d3(t)；步骤(2)、根据仿复眼偏振罗盘结构及所测得的偏振度信息，建立观测点偏振度信息d1(t)，d2(t)，d3(t)与全空域最大偏振度dmax(t)的关系；步骤(3)、地理坐标系下，根据Rayleigh散射理论，建立全空域最大偏振度dmax(t)与观测太阳高度角的关系；步骤(4)、根据太阳天文年历，计算得到相应的太阳高度角及太阳方位角步骤(5)、通过测量不同时刻的观测太阳高度角，利用高度差法求取载体的位置信息(LAT，LON)。2.根据权利要求1所述的一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法，其特征在于：所述步骤(1)设计偏振导航传感器构成大气偏振检测结构，获取三个观测点偏振度信息d1(t)，d2(t)，d3(t)，具体实现如下：仿复眼偏振罗盘由三个基于分光棱镜的偏振传感器组成，三个偏振传感器阵列式安装在同一观测平面内，其中M1为主传感器，位于三个传感器中间，M2、M3与M1之间安装角度为η，分别对称安装于M1两侧，以三个偏振传感器的三条主轴线的交点O为原点，偏振传感器M1所在轴为Z轴，偏振传感器M2在XOY平面的投影为X轴，Y轴由右手定则确定，构成传感器坐标系；将传感器坐标系XOY平面保持水平状态，实时获取三个偏振传感器的偏振度测量值d1(t)，d2(t)，d3(t)。3.根据权利要求1所述的一种基于最大偏振度观测的偏振导航全球自主定位方法，其特征在于：所述步骤(2)根据仿复眼偏振罗盘结构及所测得的偏振度信息，建立观测点偏振度信息d1(t)，d2(t)，d3(t)与全空域最大偏振度dmax(t)的关系，具体实现如下：基于Rayleigh散射理论，观测点的偏振度与散射角有如下关系：其中，dn(t)为第n个偏振传感器所测观测点偏振度，为三个观测点偏振度的最大值，θn(t)为第n个偏振传感器观测方向与太阳矢量的夹角，θn(t)∈[0，π]；以坐标原点O为球心构造单位天球，三个偏振传感器的观测点在单位天球上的投影分别为Q1，Q2，Q3，三个...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，杨健，张青云，胡鹏伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11