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利用天空中的偏振光进行定位与传统的导航定位方法相比有很多优势,例如不依赖于人造信号、无误差积累、很难受到人为干扰等。本文在课题组提出的利用偏振光和地磁场进行导航定位的基础上,针对目前定位过程中存在的问题,设计了偏振光实时定位系统,来实现以下功能:一、在单片机内部实现偏振方位角数据采集的同步,解决上位机系统数据总线和接收数据都比较复杂的问题;二、解决太阳高度角和方位角的双解问题,实现偏振光定位系统的实时测量,提高偏振光定位系统的环境适应性;三、推算了姿态转换矩阵,减少定位前调整俯仰角和翻滚角使系统处于水平状态的环节,减少俯仰角和翻滚角对定位精度的影响,提高偏振光定位系统的实时性和环境适应性。根据定位的原理设计了偏振光实时定位系统的硬件和软件方案。硬件部分主要包括四个偏振方位角采集模块、太阳方向矢量判断模块、STM32的数据同步与集成模块和三维电子罗盘;软件部分主要有STM32的控制程序和LabVIEW的数据处理程序。四个偏振方位角采集模块用来采集四个观测方向的偏振方位角。太阳方向矢量判断模块用来解决由偏振方向矢量的180°二义性造成的太阳高度角和方位角的双解问题。STM32的数据同步与集成模块用来同步采集偏振方位角,解决上位机系统数据总线和接收数据都比较复杂的问题。由三维电子罗盘提供的俯仰和翻滚角推算了姿态转换矩阵,减少定位前调整俯仰和翻滚角使系统处于水平状态的环节。软件部分用来控制数据采集和计算。对设计的偏振光实时定位系统进行了测试,主要分为偏振方位角采集模块的测试、太阳方向矢量判断模块的测试、姿态转换矩阵的测试、系统的短时间连续性的测试和系统的白天间断性的测试。测试结果表明:四个偏振方位角采集模块的室内精度可达±0.2°;太阳方向矢量判断模块可以实时判断太阳方向矢量的方向,可以提高定位的环境适应能力和实时性;当系统的俯仰角和翻滚角为-6.4°和-5.1°时,无姿态转换矩阵计算的经度的误差为-0.3°~+1.5°,纬度的误差为-5.2°~-1.4°,有姿态转换矩阵计算的经度的误差为-0.6°~+0.8°,纬度的误差为-0.9°~+1.0°,姿态转换矩阵可以减少系统的俯仰和翻滚角对定位结果的影响,可以提高定位的环境适应能力和实时性;在约55分钟的连续性测试试验中,偏振光实时定位系统的定位性能稳定,纬度最大误差为±1.5°,经度的最大误差为±1°;在白天间断性测试试验中,偏振光实时定位系统性能稳定可以用于白天定位。偏振光实时定位系统的定位精度较高、实时性、环境适应性和稳定性好,适用于白天定位,可以应用于实际定位。