[發明專利]一種偏振光導航傳感器及天空偏振光導航方法

有效

• 申請號: 201810790212.2
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109059898B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 張然;樊元義;褚金奎;吳晨奇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20
• 代理公司: 北京嘉途睿知識產權代理事務所(普通合伙) 11793
• 代理人: 彭成

1.一種天空偏振光導航方法，其特征在于，包括步驟：

利用偏振光導航傳感器拍攝一幅天空圖像；

根據所述天空圖像的灰度值分布，獲取所述偏振光導航傳感器體軸與太陽子午線之間的夾角a，所述傳感器體軸方向為偏振轉換器的零度參考方向，包括：

以所述天空圖像的中心點O為原點，截取部分圖像，獲取其灰度值矩陣A₁；

以所述原點為圓心，提取預設半徑圓周上的像素，得到像素對應的灰度值；

選取S波片作為所述偏振轉換器，以S波片的零度參考方向為零度方向，生成所述像素對應的灰度值在不同角度上的灰度值分布曲線圖，對灰度值與角度之間的關系進行第一次函數擬合，得到灰度值極小值對應的角度d和d’；其中，角度d為傳感器體軸與太陽子午線之間的夾角，角度d’為傳感器體軸與反太陽子午線之間的夾角；其中，所述函數為光強I分布函數：擬合系數I₀、k、α分別表示入射光總光強、偏振度、偏振光入射的初始相位和太陽直射影響系數，θ表示S波片的徑向方位角；

對截取的部分圖像對應的灰度值矩陣A₁做預處理，得到矩陣A＝(A₁+A₂)/2,其中A₂為A₁旋轉180°得到的矩陣；

對于預處理之后得到的矩陣A，提取預設半徑圓周上的像素，得到像素對應的灰度值，以S波片的零度參考方向為零度方向，生成所述像素對應的灰度值在不同角度上的灰度值分布曲線圖，對灰度值與角度之間的關系進行第二次光強分布函數擬合，進而得到函數極小值對應的角度e和e’，e和e’中與預處理之前得到的角度d最相近的角度作為最終的傳感器體軸與太陽子午線之間的夾角a；

根據時間、地理信息計算太陽子午線與地理正北的夾角b，得到傳感器體軸與地理正北的夾角c＝b-a，即航向角，根據所述航向角進行偏振光導航；

其中，所述偏振光導航傳感器包括：鏡頭、濾光片、偏振轉換器、偏振片和圖像傳感器；從鏡頭的正前方向觀察，依次是鏡頭、濾光片、偏振轉換器、偏振片和圖像傳感器，或者依次是濾光片、鏡頭、偏振轉換器、偏振片和圖像傳感器；所述偏振轉換器和偏振片位于圖像傳感器的感光面上；經過鏡頭成像、濾光片濾光后的入射線偏振光通過偏振轉換器轉換為矢量光束，然后經過偏振片檢偏后在圖像傳感器的感光平面上呈現光強分布。

2.根據權利要求1所述的天空偏振光導航方法，其特征在于，所述提取預設半徑圓周上的像素中預設半徑有多個，以一預設間隔遍歷半徑R，每次提取一半徑R(i)計算得到一個灰度值極小值對應的角度a(i)，1≤i≤N，i為當前遍歷次數，N為遍歷總次數，對所有的角度a(i)求和后再平均得到的角度作為灰度值極小值對應的角度a。