[發(fā)明專利]陣列式偏振導(dǎo)航傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611055875.7
• 申請(qǐng)日: 2016-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN106767751B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭雷;楊健;張霄;王綱;牛奔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒<國際申請(qǐng)>=<國際公布>=

本發(fā)明公開了一種陣列式偏振導(dǎo)航傳感器，主要由光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)、光電檢測(cè)模塊和信息解算電路組成；所述光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)包括濾光片槽、偏振片槽和光路通道；光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)具有三個(gè)偏振片槽，用于指示偏振片安裝方向；在光路通道下方連接著通道，光電檢測(cè)模塊為安裝有三片CMOS傳感器的電路板，通過固定螺絲與光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)固連；光電檢測(cè)模塊通過接插件傳輸信號(hào)到信息解算電路，用以解算導(dǎo)航信息，本發(fā)明主要用于解決現(xiàn)有偏振導(dǎo)航傳感器采樣點(diǎn)少、對(duì)天空偏振信息利用不充分的問題，具有精度高、集成度高、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種偏振導(dǎo)航傳感器，涉及一種陣列式偏振導(dǎo)航傳感器設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于無人機(jī)、車輛、船艦等運(yùn)載體的導(dǎo)航，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、自主性。

背景技術(shù)

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)自然界中沙蟻等生物可以利用大氣偏振分布模式中蘊(yùn)含的豐富導(dǎo)航信息，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。偏振光導(dǎo)航作為一種新興仿生導(dǎo)航方法，具有無源、無輻射、自主性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，受到了科學(xué)家的廣泛重視。偏振光導(dǎo)航可廣泛應(yīng)用于無人機(jī)、車輛、船艦等運(yùn)載體的導(dǎo)航，有效提高運(yùn)載體的導(dǎo)航系統(tǒng)的自主性、可靠性。研制高精度的偏振導(dǎo)航傳感器，準(zhǔn)確采集天空偏振信息，是實(shí)現(xiàn)偏振光導(dǎo)航的必要前提。

目前偏振傳感器主要是基于沙蟻復(fù)眼結(jié)構(gòu)的光電模型，將偏振光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出導(dǎo)航信息。三通道偏振導(dǎo)航敏感器，專利號(hào)20130380079.0，設(shè)計(jì)一種三通道偏振傳感器，采用光電二極管作為光敏芯片，點(diǎn)源式傳感器采樣點(diǎn)少，空間分辨率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種陣列式偏振導(dǎo)航傳感器，采用高消光比的偏振片作為檢偏器，發(fā)揮CMOS圖像傳感器感光面積大、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，充分利用天空偏振信息，提高傳感器測(cè)角精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：陣列式偏振導(dǎo)航傳感器，主要由光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)(1)、光電檢測(cè)模塊(8)和信息解算電路(9)組成；所述光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)(1)包括濾光片槽(2)、偏振片槽(4)和光路通道(6)等組成；光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)具有三個(gè)偏振片槽(4)，每個(gè)偏振片槽邊各有指示槽(3)一個(gè)，如圖3所示，分別為第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)，選擇第一指示槽(31)為參考方向，則第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)與參考方向分別相差0°，60°，120°，用于指示偏振片安裝方向；在光路通道(6)下方連接著通道(7)，保證通過偏振片入射到CMOS模塊上的光不受外界雜光干擾；將藍(lán)色濾光片放置濾光片槽(2)中，通過固定三個(gè)螺絲(5)使藍(lán)色濾光片與鏡頭結(jié)構(gòu)(1)固連；偏振片放置在偏振片槽(4)中，并在偏振片和偏振片槽(4)之間放置緩沖固定膠圈固定偏振片(7)；光電檢測(cè)模塊(8)為安裝有三片CMOS傳感器的電路板，通過固定螺絲(10)與光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)(1)固連；光電檢測(cè)模塊(8)通過接插件(11)傳輸信號(hào)到信息解算電路(9)，用以解算導(dǎo)航信息。光電檢測(cè)模塊(8)所采用的光電檢測(cè)芯片為輸出灰度圖像的CMOS圖像傳感器，具有全局快門(Globalshutter)，是一種可以通過兩線串行接口(I2C)控制的數(shù)字圖像芯片。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：該偏振傳感器設(shè)計(jì)三個(gè)偏振片槽安置偏振片，在每個(gè)偏振片槽邊有用于角度指示槽，并在每個(gè)偏振片槽的下側(cè)開有光路通道，光電檢測(cè)模塊集成有三片CMOS圖像傳感器，與光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)配合，然后通過接插件傳輸信號(hào)到信息解算電路。采用高消光比的偏振片，通過偏振片得到三路相位分別與參考方向分別相差0°，60°，120°的偏振光，入射到光路通道下的光電檢測(cè)模塊，減小外界雜光干擾，有效的減小了偏振傳感器的尺寸，光電檢測(cè)模塊采用CMOS圖像傳感器，感光面積大、靈敏度高，有效地減小光電檢測(cè)模塊對(duì)偏振信息測(cè)量結(jié)果的影響，提高了偏振傳感器的測(cè)量精度。本發(fā)明尺寸直徑僅為4.8cm，體積小，集成度高，有利于小型無人機(jī)搭載。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2為本發(fā)明光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)俯視圖。