基于电磁波极化三维电/磁信号平稳特征的运动姿态感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于电磁波极化H维电（磁）信号平稳特征的运动姿态感知方 法，属于运动平台导航，信号分析与参数估计领域。
【背景技术】
[0002] 运动平台姿态信息大多从惯导传感器融合其他信息获取。目前使用的运动平台姿 态信息系统结构复杂，质量体积大，耗费能量，故障率高。而发展中的微型惯导姿态信息系 统测量精度不高。
[0003] 在某些航空航天应用领域对姿态导航有特殊的要求，如测量速度快，精度高，体 积、质量、能耗小，抗大加速，抗福射，抗极端温度，抗震动等。该些要求使得航姿导航设备成 本很高。
[0004] 人造的和自然界的各种电磁波充斥着地球表面和太空，可W像利用地磁场指南那 样利用电磁波导航。国内外都研究在地球卫星导航系统接收端，利用多点接收，H角计算的 方法感知姿态。缺点是体积大、精度低、系统复杂、速度慢，影响了该技术的推广应用。测 控导航接收机收到的电磁波包含了多个信号空间信息，该些信息与接收平台姿态具有密切 关联性，电磁波提供的姿态基准不受运动平台姿态及其运动影响。传统的测控导航信号一 般为基站主动发射信号，参数估计需用阵列天线，该种天线就是多点接收信号，信号处理复 杂。
[0005] MIM0技术综合利用多发射源和接收元协同产生的空、时、频、极化信息，优化系统 性能，成为研究热点，解决了多径效应问题。
【发明内容】
[0006] 发明目的：为了克服现有运动平台姿态获取技术的不足，提出一种基于电磁波极 化H维电/磁信号平稳特征的运动姿态感知方法，该方法测量精度高，系统可微型化，信号 不受多径效应困扰，适用于空和天飞行器，尤其适宜微型飞行器使用。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为；一种基于电磁波极化H维电/磁信 号平稳特征的运动姿态感知方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，根据运动平台的运动情况，定义运动平台基准姿态坐标系，平台运动的实 时姿态天线所处坐标系定义为实时姿态坐标系，同时确定运动平台基准姿态坐标系与大地 坐标系转换关系；
[0009] 步骤2,在运动平台基准姿态W极化敏感的电磁矢量传感器中的H个正交电/磁 场传感器接收电磁波信号，根据该电磁波信号估计H维电/磁信号基准姿态互相关矩阵； 然后根据基准姿态互相关矩阵计算姿态参数估计的克拉美-罗界，根据克拉美-罗界是否 为有限值，判断该环境电磁波信号能否用于运动平台姿态测量；
[0010] 步骤3 ;在运动平台实时姿态W极化敏感的电磁矢量传感器中的H个正交电/磁 场传感器接收信号，计算H维电/磁信号实时姿态互相关矩阵；对实时姿态互相关矩阵和 步骤2中的基准姿态互相关矩阵进行特征值分解；根据实时姿态与基准姿态互相关矩阵的 特征值比例差异大小，初略判断该环境电磁波信号是否平稳；
[0011] 步骤4 ;根据步骤3得到的平稳的环境下电磁波信号的实时姿态与基准姿态互相 关矩阵变化，计算得到在电磁波信号平稳环境下的实时姿态坐标系到运动平台基准姿态坐 标系的转换矩阵；
[0012] 步骤5 ;用步骤4得到的转换矩阵将实时姿态坐标系下的运动平台姿态，转换到基 准姿态坐标系下，再转换到大地坐标系下，完成运动平台姿态感知。
[0013] 所述步骤2中判断该环境电磁波信号能否用于运动平台姿态测量的方法；若姿态 参数估计的克拉美-罗界为有限值，则该环境电磁波信号能用于运动平台姿态测量；若姿 态参数估计的克拉美-罗界为无限大值时，则该环境电磁波信号不能用于运动平台姿态测 量。
[0014] 所述步骤3中初略判断该环境电磁波信号是否平稳的方法；若实时姿态与基准姿 态互相关矩阵的特征值比例差异很小，则该环境电磁波信号平稳；若实时姿态与基准姿态 互相关矩阵的特征值比例差异很大，则该环境电磁波信号不平稳。
[0015] 所述电/磁信号包括电磁波极化H维电信号，或者电磁波极化H维磁信号，或者 融合电磁波极化H维电信号和电磁波极化H维磁信号的信号。
[0016] 所述电磁矢量传感器中的H个正交电/磁场传感器接收的电磁波信号可W为独 立信号或相干信号，信号数任意，波达方向和极化状态任意，各信号强弱任意，不受多径效 应困扰。
[0017] 本发明提供的基于电磁波极化H维电/磁信号平稳特征的运动姿态感知方法，相 比现有技术，具有W下有益效果：
[0018] 1)基于电磁波极化H维电（磁）信号平稳特征的运动姿态感知方法，既可分别利 用电磁波H维电信号或H维磁信号测量运动平台姿态，也可同时利用H维电信号和H维 磁信号测量运动平台姿态，可提高测量精度。仅利用单电磁矢量传感器的部分单元，在单 接收点接收电磁波信号，运动平台单点接收，有别于需多点测量的H角计算法，系统可微型 化。
[0019] 2)本发明接收信号既可W相互独立，也可W相干，信号总数任意，波达方向和极化 状态任意，各信号强弱任意，因此不受多径效应困扰。本发明既可W利用主动发射电磁波信 号，也可W被动接收空间分布的广播电磁波信号测量姿态，提高了系统的隐蔽性。
[0020] 3)姿态测量能与测控导航系统集成为一体，适宜微型飞行器（MAV，Micro Air Vehicles)使用，适宜空间飞行器（火箭、卫星、空间站）使用；
[0021] 4)电磁波作为导弹或炮弹的姿态信息源，具有耐大加速度和恶劣环境的特点，本 发明适用于科研试验和军事训练的祀机W及试验导弹，能有效降低作为易耗品飞行器的成 本；
[0022] 5)移动通信、卫星通信等系统经稍许改造，就可用本方法，本方法还能应用在建 筑、采矿、防灾减灾等领域；
[0023] 6)本发明也可与惯导融合使用，W适应不同的应用场合。
[0024] 综上所述；本发明利用全电磁矢量传感器的H个正交电（磁）场传感器接收电磁 波H维电（磁）信号测量运动平台姿态，也可融合电磁信息，提高运动平台姿态测量精度。 本发明接收信号既可W相互独立，也可W相干，信号数任意，波达方向和极化状态任意，各 信号强弱任意，因此本发明既可W利用主动发射电磁波信号，也可W被动接收空间分布的 广播电磁波信号测量姿态，提高了系统的隐蔽性，也不受多径效应困扰。
【附图说明】
[00巧]图1为极化电磁波楠圆状旋转电场波结构坐标系示意图。
[0026] 图2为电磁矢量传感器接收单元示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0028] -种基于电磁波极化H维电/磁信号平稳特征的运动姿态感知方法，如图1、2所 示，包括如下步骤：
[0029] 步骤1，根据运动平台的运动情况，定义运动平台基准姿态坐标系，平台运动的