根据部分极化波极化特征信息估计飞行器姿态研究

摘要

本文研究基于单电磁矢量传感器的飞行器姿态角估计。在基站和飞行器之间有电磁波信息链的条件下，飞行器安装单个电磁矢量传感器，接收部分极化电磁波信号，获取完备的电磁信息，用以估计飞行器姿态角(横滚角，俯仰角，航向角)，揭示了电磁波在极化领域的探测能力。
　　论文的主要工作如下：
　　首先，将绕任意向量轴(按右手律)旋转所得旋转矩阵化成矩阵指数函数形式，说明旋转矩阵最多只有三个自由度；并据此对极化空域导向矢量进行了演化，给出了单一指数型旋转矩阵导向矢量模型，便于姿态估计的计算。
　　然后，对单电磁矢量传感器的MUSIC算法进行了研究，并根据单一指数型旋转矩阵导向矢量模型，提出了极化电磁波波达角和极化角的联合参数估计算法，仿真验证了算法的有效性和精确度,并且提出的算法减少了搜索量。
　　最后，根据坐标系转换关系，将机身坐标系下的飞行器姿态矩阵转换到地理坐标系下，获得地理坐标系下的飞行器姿态矩阵，分别提出用单基站和双基站进行姿态角估计。
　　仿真实验验证了本文提出的姿态角估计算法满足普通飞行器对姿态角估计精度的要求。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 极化的研究历史和现状

1.3 电磁矢量传感器

1.4本文主要工作和创新点

第二章 电磁波极化与表征

2.1 电磁波的极化

2.2 完全极化波

2.3 部分极化波

2.4极化电磁波极化-空域联合表征

2.5 本章小结

第三章 旋转矩阵理论研究

3.1 右手标准正交基与矩阵表示

3.2 旋转矩阵和及相关性质

3.3 极化-空域导向矢量的演变

3.4 本章小结

第四章 基于单电磁矢量传感器极化电磁波联合参数估计

4.1 经典MUSIC算法介绍

4.2完全极化波参数估计

4.3部分极化波参数估计

4.4仿真实验

4.5本章小结

第五章 根据部分极化电磁波极化特征信息估计飞行器姿态

5.1 飞行器姿态数学模型

5.2 常用坐标系转换关系

5.3 获取飞行器姿态矩阵算法

5.4 飞行器姿态角估计精度分析

5.5 姿态角估计的仿真实验

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要研究内容与结果

6.2 后续研究和展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文