基于大气偏振特性辅助定向的导航方法研究

发布时间：2017-09-09 22:25

  本文关键词：基于大气偏振特性辅助定向的导航方法研究

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【摘要】：为提高组合导航系统的导航性能,针对现阶段大气偏振导航的不足,本文利用全天域大气偏振中性点增强导航系统的姿态测量性能,利用大气偏振中性点的分布与太阳位置之间的联系得到载体的航向角信息,电磁计程仪测量速度和位置信息,设计了一种基于大气偏振中性点/电磁计程仪和惯性系统组合的导航方法。在实际测量得到的大气偏振模式蕴含的一个极其重要并且明显的特征那就是偏振中性点。研究表明,天空中的偏振光可为大自然中的一些昆虫提供方向信息,而大气偏振中性点作为大气偏振模式的重要分布特征,也可以为我们提供重要的导航信息。因此对大气偏振中性点的分布特性及运动规律进行分析,使之用于导航定向对仿生导航的研究进展具有重要的研究意义。本文以阳光的偏振特性做为本文的理论依据,总结了当今对整个天空大气偏振建模的研究经验及国内外偏振导航研究现状,阐述了大气层中不同粒子对光的偏振的影响,针对粒子对光的散射的实验结果阐述了天空偏振光的特性的及偏振中性点的形成机理。重点研究了全天域大气偏振模式以及大气偏振中性点的运动规律和在天空中的分布特性,分析多种大气偏振中性点的观测提取方案,即基于中性线相交特性确定中性点位置及基于偏振度分布特性确定中性点位置方法,研究了中性点的运动特征与太阳位置之间的联系,提出根据中性点的分布特性及运动规律采用“两点一线”原理确定太阳子午线的位置,结合所编写太阳历可得到当前观测体的朝向与地理正北方向的夹角,即载体的航向角信息。最后根据组合导航系统特性,提出了基于大气偏振中性点、电磁计程仪和惯性系统组合的自主导航方法,通过检测偏振中性点的位置确定航向角信息电磁计程仪测量的航速信息辅助惯性器件进行导航,采用卡尔曼滤波最优算法对组合导航系统的各个导航数据进行计算和更新处理。并仿真验证了基于全天域偏振光中性点/电磁计程仪/惯性器件组合导航方法能够有效抑制惯性导航定位误差,增强了载体自主导航性能,并且拥有较高的抗干扰能力和隐蔽性。
【关键词】：大气偏振模式 自主导航 偏振中性点 瑞利散射
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题研究背景及意义8-11
• 1.3 课题研究现状及发展趋势11-14
• 1.4 论文主要内容及结构编排14-16
• 第2章 大气偏振模式16-28
• 2.1 太阳光的特性16-17
• 2.2 光散射原理17-20
• 2.2.1 瑞利散射原理17-19
• 2.2.2 米氏散射原理19-20
• 2.3 偏振光特性数学描述20-23
• 2.4 天空偏振光表征模型23-26
• 2.4.1 瑞利散射表征模型23-25
• 2.4.2 蒙特卡罗表征模型25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 大气偏振导航定向方法28-38
• 3.1 大气偏振导航原理28-32
• 3.1.1 沙蚁偏振导航机理28-29
• 3.1.2 偏振导航传感器工作原理29-31
• 3.1.3 偏振导航传感器的不足31-32
• 3.2 大气偏振中性点32-37
• 3.2.1 中性点概述32-35
• 3.2.2 影响中性点位置的因素35-37
• 3.3 本章小节37-38
• 第4章 偏振中性点导航定向研究38-53
• 4.1 中性点导航方案研究39-44
• 4.1.1 研究方案39-40
• 4.1.2 导航坐标系40-41
• 4.1.3 偏振信息采集41-42
• 4.1.4 确定太阳子午线的位置42-44
• 4.2 太阳历计算太阳方位角44-47
• 4.3 大气偏振中性点检测47-49
• 4.4 太阳子午线检测49-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 中性点辅助定向组合导航方案设计53-60
• 5.1 引言53
• 5.2 电磁计程仪53-54
• 5.3 卡尔曼滤波原理54-55
• 5.4 组合导航系统设计55-57
• 5.5 组合系统仿真分析57-59
• 5.5.1 仿真条件57
• 5.5.2 仿真结果及分析57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 攻读学位期间的研究成果66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：823107