專利名稱：基于路徑積分的空間導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航與定位技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于路徑積分的空間導(dǎo)航方法，特別涉及一種根據(jù)運(yùn)載體局部運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)載體姿態(tài)信息實(shí)時(shí)獲得運(yùn)載體當(dāng)前位置相對(duì)初始位置全局運(yùn)動(dòng)矢量的方法，可以用于空間運(yùn)載體的導(dǎo)航與定位。
背景技術(shù)：
導(dǎo)航是一種為運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)時(shí)提供連續(xù)、安全和可靠服務(wù)的技術(shù)，無論是在軍事還是民用領(lǐng)域，都有著極為廣泛的應(yīng)用，隨著科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的導(dǎo)航方式，其中，自主導(dǎo)航成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。以20世紀(jì)70年代以來信息技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，出現(xiàn)了一系列新的導(dǎo)航技術(shù)，其中包括衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、偏振光導(dǎo)航以及組合導(dǎo)航等，這些系統(tǒng)更能滿足軍事和民用對(duì)運(yùn)載體航行引導(dǎo)的要求，然而，這些新型方法主要是在新時(shí)期各種軍事操作需求的推動(dòng)下發(fā)展起來的，每個(gè)方法都具有很強(qiáng)的針對(duì)性， 其導(dǎo)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(dǎo)航誤差非常大，甚至不能完成導(dǎo)航任務(wù)。路徑積分特別適合陌生環(huán)境下的導(dǎo)航，是沙蟻、蜜蜂等生物利用偏振光導(dǎo)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(yùn)動(dòng)的角度(羅盤信息)，通過本體感受器記錄在每個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)距離，并將這些角度和距離進(jìn)行積分 (矢量疊加)，便可以得到任意時(shí)刻相對(duì)于出發(fā)點(diǎn)的位置和行進(jìn)距離，從而始終維持一個(gè)指向出發(fā)點(diǎn)的全局矢量，這個(gè)矢量聯(lián)系著當(dāng)前位置和出發(fā)點(diǎn)，因此能在結(jié)束漫游后以直線路徑返回出發(fā)點(diǎn)，這個(gè)過程稱為路徑積分。路徑積分原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，導(dǎo)航精度高，可以與其他導(dǎo)航方法結(jié)合，為運(yùn)載體實(shí)時(shí)提供精確、連續(xù)、有效的導(dǎo)航信息。近年來，對(duì)于路徑積分乃至偏振光導(dǎo)航的研究大都致力于平面內(nèi)應(yīng)用，對(duì)于將路徑積分方法用于空間，實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)載體導(dǎo)航方面的研究還未見相關(guān)研究論文與報(bào)告。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)上述技術(shù)存在的不足之處，提供一種基于路徑積分的空間導(dǎo)航方法，將沙蟻利用偏振光按照路徑積分導(dǎo)航的方法推廣到三維空間，以達(dá)到三維空間中的運(yùn)載體利用自然特性進(jìn)行導(dǎo)航的目的，為三維空間中運(yùn)載體的自主導(dǎo)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(zhǔn)確導(dǎo)航。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明基于路徑積分的空間導(dǎo)航方法的特點(diǎn)是按如下過程進(jìn)行首先以運(yùn)載體初始位置為原點(diǎn)0、以運(yùn)載體初始位置所在緯線指向東的方向?yàn)閄 軸方向，以運(yùn)載體初始位置所在子午線指向北的方向?yàn)閅軸方向，以運(yùn)載體初始位置所在地理垂線指向上方的方向?yàn)閆軸方向，建立描述三維導(dǎo)航所需的東北天地理坐標(biāo)系OXYZ ； 所述東北天地理坐標(biāo)系OXYZ中的XOY平面為大地水準(zhǔn)面，YOZ平面為子午面；以所述運(yùn)載體質(zhì)心為原點(diǎn)Oi、以垂直于運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)方向水平向右的方向?yàn)?amp;軸方向、以運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)椁廨S方向，以垂直干)CiOiYi面指向上的方向?yàn)椁廨S方向，建立運(yùn)載體坐標(biāo)系OiXiYiZi,
i = 1，L n，n為運(yùn)載體從初始位置0出發(fā)，在空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)路徑積分整合運(yùn)算的歩數(shù)；運(yùn)載
體從初始位置0運(yùn)動(dòng)到空間中第i個(gè)位置Oi,初始位置0相對(duì)于第i個(gè)位置Oi的全局運(yùn)動(dòng)
矢星表不為
「0009權(quán)利要求
1. 一種基于路徑積分的空間導(dǎo)航方法，其特征是按如下過程進(jìn)行 首先以運(yùn)載體初始位置為原點(diǎn)0、以運(yùn)載體初始位置所在緯線指向東的方向?yàn)閄軸方向，以運(yùn)載體初始位置所在子午線指向北的方向?yàn)閅軸方向，以運(yùn)載體初始位置所在地理垂線指向上方的方向?yàn)閆軸方向，建立描述三維導(dǎo)航所需的東北天地理坐標(biāo)系OXYZ ；所述東北天地理坐標(biāo)系OXYZ中的XOY平面為大地水準(zhǔn)面，YOZ平面為子午面；以所述運(yùn)載體質(zhì)心為原點(diǎn)Oi、以垂直于運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)方向水平向右的方向?yàn)?amp;軸方向、以運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閅i軸方向，以垂直于XiOiYi面指向上的方向?yàn)檩S方向，建立運(yùn)載體坐標(biāo)系OiXiYJi, i = 1,L n，n為運(yùn)載體從初始位置0出發(fā)，在空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)路徑積分整合運(yùn)算的步數(shù)；運(yùn)載體從初始位置0運(yùn)動(dòng)到空間中第i個(gè)位置Oi,初始位置0相對(duì)于第i個(gè)位置Oi的全局運(yùn)動(dòng)矢量表示為
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于路徑積分的空間導(dǎo)航方法，其特征中當(dāng)前運(yùn)載體局部運(yùn)動(dòng)矢量與地理坐標(biāo)系三軸之間的夾角α ‘ β ‘ Y' 1按如下過程進(jìn)行運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)到第i個(gè)位置Oi時(shí)，運(yùn)載體坐標(biāo)系為OiXiYJi,根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，尋找映射關(guān)系Ci使得運(yùn)載體坐標(biāo)系OiXiYJi與導(dǎo)航所需的地理坐標(biāo)系OXYZ的三個(gè)坐標(biāo)軸方向一致； 假設(shè)此時(shí)運(yùn)載體坐標(biāo)系為0系，先繞自身OJi軸正向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α ‘ i角得到a系，而后繞自身OiYi軸正向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)β ‘ i角得到b系，最后繞自身OJi軸正向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ' i 角得到c系，此時(shí)OiXiYiZi與OXYZ軸向重合；坐標(biāo)系OJiYA繞自身OJi軸正向旋轉(zhuǎn)α ‘,角后的旋轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jìn)行導(dǎo)航的思想，在建立空間導(dǎo)航所需的地理坐標(biāo)系和運(yùn)載體坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，首先通過運(yùn)載體坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣映射關(guān)系實(shí)時(shí)得出運(yùn)載體當(dāng)前運(yùn)動(dòng)局部矢量與地理坐標(biāo)系三軸向的夾角，并根據(jù)運(yùn)載體當(dāng)前位置與前一位置之間的局部運(yùn)動(dòng)距離，結(jié)合路徑積分整合運(yùn)算實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的獲得初始位置相對(duì)當(dāng)前位置的全局運(yùn)動(dòng)矢量。本發(fā)明提供了一種空間運(yùn)載體導(dǎo)航的路徑積分方法，可以用于空間運(yùn)載體的導(dǎo)航。
文檔編號(hào)G01C21/24GK102269594SQ20111017530
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)