隨著現(xiàn)有導航手段的逐漸成熟,導航技術的應用領域愈來愈廣泛,進而對新的導航信息來源提出了進一步的要求,于是偏振光導航作為一種新型的仿生導航手段應運而生。現(xiàn)代自主導航方法主要分為天文導航、衛(wèi)星導航、慣性導航、無線電導航及其組合導航等。然而,無論是無線電導航、慣性導航,還是組合導航等,它們都離不開已有的導航手段與方法,測量手段本質(zhì)上并沒有發(fā)生多大變化,而且這些導航方法都有各自無法避免的缺點。利用偏振光進行導航定位是一種比較新穎的導航技術,該方法具有誤差不隨時間累積的優(yōu)點,同時還具備體積小、功耗低、易于小型化的優(yōu)勢,但是在大氣層內(nèi)該方法受對流層天氣影響比較嚴重。于是本文提出將偏振光導航應用到在云層之上的飛行器上,并進一步應用于衛(wèi)星的姿態(tài)測量和軌道確定,此時利用偏振光導航將不再受對流層內(nèi)天氣的影響,可以獲得更高的導航精度。但是將偏振光導航應用于衛(wèi)星的自主導航仍然處于探索階段。因此,研究基于自然偏振特性的衛(wèi)星自主導航技術是十分必要的,不管是對豐富當前的導航手段,還是為各種組合導航提供新的信源支持都具有十分重要的意義。針對基于自然偏振特性的衛(wèi)星自主導航技術,本文具體工作如下:第一,從天空偏振模式理論... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 衛(wèi)星自主導航技術發(fā)展概述
    1.3 仿生偏振導航技術研究現(xiàn)狀
        1.3.1 大氣偏振模式理論探究
        1.3.2 生物偏振光感知機理研究
        1.3.3 大氣偏振模式的探測
        1.3.4 偏振光導航方法研究
    1.4 仿生偏振導航技術研究存在的問題
    1.5 論文主要工作和結構安排
2 衛(wèi)星軌道與姿態(tài)動力學模型
    2.1 衛(wèi)星軌道與姿態(tài)動力學模型基礎
        2.1.1 坐標系定義
        2.1.2 坐標系轉(zhuǎn)換
    2.2 衛(wèi)星軌道動力學模型
        2.2.1 地球非球形攝動
        2.2.2 大氣阻力攝動
        2.2.3 日月攝動
        2.2.4 太陽光壓攝動
    2.3 衛(wèi)星姿態(tài)描述與姿態(tài)運動學模型
        2.3.1 基于歐拉角的衛(wèi)星姿態(tài)描述與運動學方程
        2.3.2 基于四元數(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)描述與運動學方程
    2.4 衛(wèi)星姿態(tài)動力學模型
        2.4.1 衛(wèi)星姿態(tài)動力學方程
        2.4.2 環(huán)境干擾力矩
    2.5 本章小結
3 大氣偏振模式與測量
    3.1 光在大氣中的散射
        3.1.1 瑞利散射
        3.1.2 米散射
    3.2 大氣偏振模式
        3.2.1 大氣層內(nèi)偏振模式
        3.2.2 大氣層外偏振模式
        3.2.3 大氣偏振模式影響因素分析
    3.3 大氣偏振模式測量
        3.3.1 偏振測角敏感器的設計與測量原理
        3.3.2 偏振相機的設計與測量原理
    3.4 本章小結
4 偏振測角敏感器誤差模型與誤差補償方法
    4.1 偏振測角敏感器誤差模型
        4.1.1 偏振測角敏感器誤差分析
        4.1.2 偏振測角敏感器測角誤差模型
        4.1.3 誤差源對測角精度的影響分析
    4.2 基于最小二乘的誤差補償方法
        4.2.1 最小二乘誤差補償原理
        4.2.2 實驗測試與結果分析
    4.3 本章小結
5 基于偏振敏感器的導航信息獲取方法
    5.1 基于偏振測角敏感器的太陽矢量獲取方法
        5.1.1 雙偏振測角敏感器測量太陽矢量
        5.1.2 單偏振測角敏感器測量太陽矢量
        5.1.3 多偏振測角敏感器測量太陽矢量
        5.1.4 實驗測試與結果分析
    5.2 基于偏振相機的導航信息獲取方法
        5.2.1 偏振相機測量太陽矢量
        5.2.2 偏振相機測量地心矢量
        5.2.3 數(shù)值仿真與結果分析
    5.3 本章小結
6 基于地磁場及偏振測量的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法
    6.1 三軸磁強計測量模型
        6.1.1 地磁場數(shù)學模型
        6.1.2 三軸磁強計測量模型
    6.2 偏振敏感器測量模型
    6.3 衛(wèi)星姿態(tài)確定方法
        6.3.1 雙矢量定姿
        6.3.2 多矢量定姿
        6.3.3 狀態(tài)估計法
    6.4 基于偏振測角敏感器及磁強計的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法
        6.4.1 基于偏振測角敏感器及磁強計的聯(lián)合觀測模型
        6.4.2 基于單偏振測角敏感器及磁強計的雙矢量定姿法
        6.4.3 數(shù)值仿真與結果分析
    6.5 基于偏振相機及磁強計的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法
        6.5.1 觀測模型
        6.5.2 數(shù)值仿真與結果分析
    6.6 本章小結
7 基于偏振測量的衛(wèi)星自主導航方法
    7.1 衛(wèi)星自主導航方法概述
    7.2 衛(wèi)星自主導航的EKF方法
        7.2.1 衛(wèi)星自主導航系統(tǒng)狀態(tài)方程
        7.2.2 衛(wèi)星自主導航的EKF方法
    7.3 基于偏振測角敏感器及紅外地平儀的衛(wèi)星自主導航方法
        7.3.1 觀測模型
        7.3.2 數(shù)值仿真與結果分析
    7.4 基于偏振相機的衛(wèi)星自主導航方法
        7.4.1 觀測模型
        7.4.2 數(shù)值仿真與結果分析
    7.5 本章小結
8 總結與展望
    8.1 結論
    8.2 創(chuàng)新點
    8.3 展望
參考文獻
致謝
攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文和參加科研情況



本文編號：3555822