基于偏振光仿生导航的定位系统及其定位方法

摘要

本发明涉及一种基于偏振光仿生导航的定位系统及其定位方法，该系统包括电子罗盘、仿生偏振光角度传感器、水平传感器、天文历查询模块和计算机，所述计算机分别与电子罗盘、仿生偏振光角度传感器、天文历查询模块交互连接。本发明将天文导航和偏振光导航相结合，通过计算得到观测点的经纬度，实现利用自然现象进行定位，无需利用卫星、无线电基站等人为系统，该系统结构简单，对计算性能要求较低，生产成本较低，定位过程步骤少、耗时短且测量精度较高，具有很高的实用性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位系统及方法，尤其涉及一种基于偏振光仿生导航的定位系统及其定位方法。

 

背景技术

目前，导航测定方位角度传感器，主要包含地磁罗盘、惯性陀螺仪以及天文六分仪。地磁罗盘原理结构简单、但精度较低；惯性陀螺仪测定运动方向瞬时精度高，但长期使用会有较大的积累误差，必须利用其他导航传感器对惯性陀螺进行校准；早起的天文六分仪原理装置简单，也有较高的测量精度，但是定位测量计算步骤多、耗时长，因而在实用中受到较多限制。基于恒星敏感器的天文测向的传感器具有很高的测量精度，但是系统结构复杂，且计算性能要求高，生产成本也非常高。偏振光仿生导航是生物利用太阳光的偏振特性来确定参考方向的一种自主式导航方式，是自然界天然的导航方式之一。这种导航方式可以避免现有导航方式的一些不足，可以与地磁导航、路径积分组合成为一种不依赖于卫星的高度自主的导航定位手段。但是，仿生偏振光导航只能用于定向，不能用于定位。

 

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于偏振光仿生导航的定位方法及定位系统，将天文导航和偏振光导航相结合，通过计算得到观测点的经纬度，实现利用自然现象进行定位，无需利用卫星、无线电基站等人为系统，该系统结构简单，对计算性能要求较低，生产成本较低，定位过程步骤少、耗时短且测量精度较高，具有很高的实用性。

本发明所采用的技术方案：

一种基于偏振光仿生导航的定位系统，包括电子罗盘、仿生偏振光角度传感器、水平传感器、天文历查询模块和计算机，所述计算机分别与电子罗盘、仿生偏振光角度传感器、天文历查询模块交互连接。

水平传感器为电子式水平仪，通过RS-232适配卡与计算机相连。

本发明还公开了基于偏振光仿生导航的定位方法，包括以下步骤：

（1）用电子罗盘测得载体与地理北向的夹角，即载体航向角α₀； 

（2）通过水平传感器调整仿生偏振光角度传感器至水平，用仿生偏振光角度传感器测得T₁时刻和T₂时刻载体与太阳子午线的夹角，即偏振方位角β₁和β₂； 

（3）通过天文历查询模块查得T₁时刻和T₂时刻的太阳赤纬δ₁和δ₂； 

（4）将α₀、β₁和β₂代入公式A_s=3π/2-(β-α₀+π/2)，计算得到T₁时刻和T₂时刻观测点的太阳方位角A_S1和A_S2；

（5）将A_s1、A_s2、δ₁、δ₂，t₂=t₁+(T₂-T₁)π/12=t₁+Δ代入方程组：

其中，h_s为观测点的太阳高度角，t为观测点的太阳时角，φ为观测点的纬度。计算得观测点的纬度φ和T₁时刻的太阳时角t₁；

（6）根据T₁时刻所处时间段选择相应的公式，计算得到观测点的真太阳时t_真：

；

（7）通过天文历查询模块查得观测点T₁时刻所在日期的均时差t₀，由t_平=t_真-t₀得到观测点的平太阳时t_平；

（8）由η=(t_平-T₁)×15°计算得到观测点的经度η；

（9）输出观测点的经纬度。

步骤（2）中的T₁时刻和T₂时刻均采用世界时标准。

 

本发明的有益效果：

本发明提供的基于偏振光仿生导航的定位方法及定位系统，将天文导航和偏振光导航相结合，通过计算得到观测点的经纬度，实现利用自然现象进行定位，无需利用卫星、无线电基站等人为系统，该系统结构简单，对计算性能要求较低，生产成本较低，定位过程步骤少、耗时短且测量精度较高，具有很高的实用性。

附图说明

图1为本发明的定位流程图；

图2为本发明的定位系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，设置包括电子罗盘2、仿生偏振光角度传感器3、水平传感器5、天文历查询模块4、水平传感器5和计算机1的定位系统，计算机1分别与电子罗盘2、仿生偏振光角度传感器3、天文历查询模块4连接。水平传感器5为电子式水平仪，安装在仿生偏振光角度传感器3上，通过RS-232适配卡与计算机1相连。

本发明定位方法如下：

 用电子罗盘2测得载体与地理北向的夹角，即载体的航向角α₀；通过水平传感器5调整仿生偏振光角度传感器3至水平，用仿生偏振光角度传感器3在T₁时刻和T₂时刻得到载体与太阳子午线的夹角，即偏振方位角β₁和β₂；通过天文历查询模块4获得观测点的T₁时刻和T₂时刻的太阳赤纬δ₁和δ₂；通过A_s=3π/2-(β-α₀+π/2)计算得到T₁时刻和T₂时刻观测点的太阳方位角A_S1和A_S2；将A_s1、A_s2、δ₁、δ₂及t₂=t₁+(T₂-T₁)×π/12=t₁+Δ代入方程组：

其中，h_s为观测点的太阳高度角，t为观测点的太阳时角，φ为观测点的纬度。求得观测点的纬度φ和T₁时刻的太阳时角t₁；根据T₁时刻所在时段，选择对应公式计算得观测点的的真太阳时t_真：

；

通过查询天文历查询模块4获得观测点T₁时刻所在日期的均时差t₀，由t_平=t_真-t₀得到观测点的平太阳时t_平；由η=(t_平-T₁)×15°得到观测点的经度η。通过计算机1输出观测点的经纬度。