激光与光电子学进展, 2020, 57 (22): 221107, 网络出版: 2020-11-11   

基于大气偏振模式的三维姿态角解算方法 下载: 955次

Calculation Method of Three-dimensional Attitude Angle Based on Atmospheric Polarization Pattern
作者单位
太原科技大学电子信息工程学院, 山西 太原 030024
图 & 表

图 1. 姿态坐标系示意图。(a)坐标系及坐标变换;(b)姿态角变换

Fig. 1. Schematic of posture coordinate system. (a) coordi-nate system and coordinate transformation; (b) attitude angle transformation

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图 2. 大气偏振模式模型

Fig. 2. Atmospheric polarization model

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图 3. 太阳空间位置的提取。(a)偏振度在全天域空中的分布;(b) K-means聚类数据簇;(c) K-means簇中心

Fig. 3. Extraction of space position of sun. (a) Distribution of degree of polarization in entire sky; (b) K-means cluster data cluster; (c) K-means cluster center

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图 4. 转动方向示意图

Fig. 4. Schematic of rotation direction

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图 5. 基准变换示意图

Fig. 5. Reference transformation diagram

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图 6. 大气偏振模式测量系统。(a)测试平台;(b)搭载AHRS的平台;(c)载体的转动轴;(d)鱼眼镜头的坐标轴

Fig. 6. Atmospheric polarization mode measurement system. (a) Test platform; (b) platform equipped with AHRS; (c) rotation axis of carrier; (d) coordinate axis of fisheye lens

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图 7. 不同方法得到的仿真数据。(a1)(a2)全天域大气偏振度;(b1)(b2)权重聚类;(c1)(c2) K-mean算法

Fig. 7. Simulation datas obtained by different methods. (a1)(a2) Degree of atmospheric polarization in entire sky; (b1)(b2) weighted clustering; (c1)(c2) K-mean algorithm

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图 8. 俯仰角和横滚角的角度的变化及误差分布。(a)角度变化曲线;(b)角度误差变化曲线

Fig. 8. Angle change and error distribution of pitch angle and roll angle. (a) Angle variation curves; (b) angle error variation curves

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图 9. 外场实验数据。(a1)(a2)原始图像;(b1)(b2)偏振度分布;(c1)(c2)太阳位置矢量

Fig. 9. Field experiment datas. (a1) (a2) Original images; (b1) (b2) polarization distribution; (c1) (c2) sun position vector

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图 10. 外场实验测试。(a)外场实验测试角度变化曲线;(b)外场实验角度误差曲线

Fig. 10. Field experiment test. (a) Test angle variation curves in field experiment; (b) angle error curves in field experiment

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图 11. 偏振光的姿态与惯导系统的姿态对比

Fig. 11. Polarized light attitude and inertial navigation system attitude comparison

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表 1太阳位置矢量坐标及姿态角的解算结果

Table1. Solving results of sun position vector coordinates and attitude angle

Rotate angle /(°)Sun coordinateAttitude angle /(°)
HPRXYZHPR
0000.0000.6000.8000.000-0.0100.012
0-205-0.0830.2900.9530.000-20.0224.978
0-1510-0.1610.3730.9140.000-14.9799.990
0-1015-0.2310.4520.8620.000-10.00815.002
0-520-0.2900.5280.7980.000-5.01019.972
0000.0000.6000.8000.000-0.0100.011
05-200.2550.6680.7000.0005.033-20.016
010-150.1770.7300.6600.00010.006-15.012
015-100.1070.7870.6080.00015.026-9.981
020-50.0480.8380.5440.00020.050-5.042

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表 2检测的解算数据

Table2. Solution data of detection

H/(°)P/(°)R/(°)Sun coordinateError of P/(°)Error of R/(°)
XYZ
0.03325.133-5.1250.576-0.0730.814-0.1330.125
0.08719.987-9.9690.647-0.1320.7510.013-0.031
0.03515.067-14.9840.710-0.1820.680-0.067-0.016
0.1009.768-20.2290.772-0.2200.5970.2320.229
0.0085.017-25.2600.822-0.2430.515-0.0170.260
0.044-0.1560.2320.8700.0020.4940.156-0.232
0.000-5.20325.7010.9100.1800.3740.203-0.701
0.022-9.91819.7220.9410.1140.318-0.0820.278
0.052-14.71415.0600.9660.0670.249-0.286-0.060
0.053-19.7619.1940.9850.0280.173-0.2390.806
0.017-22.4454.2190.9920.0090.122-0.5550.781

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杨江涛, 王健安, 王银, 胡啸. 基于大气偏振模式的三维姿态角解算方法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(22): 221107. Jiangtao Yang, Jian'an Wang, Yin Wang, Xiao Hu. Calculation Method of Three-dimensional Attitude Angle Based on Atmospheric Polarization Pattern[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(22): 221107.

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