[发明专利]一种大气偏振模式检测及航向解算系统及方法

说明书

本发明公开了一种大气偏振模式检测及航向解算系统及方法。所述系统包括四通道偏振图像采集装置和数据处理计算机两部分，所述的四通道偏振图像采集装置包括四通道图像采集模块、图像监控模块、设备驱动及数据存储模块，其中四通道图像采集模块均通过路由与设备驱动及数据存储模块连接，设备驱动及数据存储模块分别与图像监控模块、数据处理计算机连接。方法为：数据处理计算机向设备驱动及数据存储模块发送指令，完成大气偏振图像的采集与存储工作；偏振信息检测模块采用Stokes矢量法从拍摄的大气偏振图像中提取每一点的偏振度和偏振方位角；航向角解算模块通过提取的偏振信息解算载体航向角。本发明系统结构简单、成本低，方便查看图像数据的处理过程及结果。

技术领域

本发明属于仿生导航技术领域，特别是一种大气偏振模式检测及航向解算系统及方法。

背景技术

由于大气中悬浮的微小粒子产生的散射、辐射和吸收作用，使太阳光在传输的过程中产生了偏振现象，而由偏振光形成的偏振态分布被称为大气偏振模式。大气偏振模式与时间、地点等因素有关，具有时空连续分布的特性，且这种偏振模式分布特性相对比较稳定。

传统的导航方法都存在着一定的缺陷，传统导航方法本身已发展成熟，很难有更大的突破，因此，人类必须寻求一种新的方法来进一步提高导航性能。近些年来，随着仿生学的兴起及相关研究发现某些生物例如沙蚁、蝗虫等生物具有特殊的视神经系统，能通过感知天空中的偏振信息进行导航定位，即偏振光导航。由于偏振光导航利用的是太阳光在大气中散射所产生的偏振特性，所以，这是一种天然的导航方法，其很难受人为因素的干扰，且偏振光导航属被动式导航，隐蔽性好，不受电磁干扰。因此，偏振光导航具有很大的研究价值和应用前景。但是目前的偏振光检测系统结构复杂，多采用串口和USB口进行数据通信，实时性有限，并且不能详细显示提取偏振信息过程中每一步的具体操作，实时地查看图像数据的处理过程及结果较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构原理简单的四通道大气偏振模式检测及航向解算系统及方法，以完成对大气偏振信息的提取和航向角的解算。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种大气偏振模式检测及航向解算系统，包括四通道偏振图像采集装置和数据处理计算机两部分，所述的四通道偏振图像采集装置包括四通道图像采集模块、图像监控模块、设备驱动及数据存储模块，其中四通道图像采集模块均通过路由与设备驱动及数据存储模块连接，设备驱动及数据存储模块分别与图像监控模块、数据处理计算机连接；

所述的四通道图像采集模块包括四路并列安装的摄像机、摄像机安装架、镜头，其中镜头前设置有蓝色滤光片和偏振单元，且偏振单元设置于镜头与蓝色滤光片之间；摄像机安装架上设置安装孔用于固定摄像机和排线；

所述设备驱动及数据存储模块，用于驱动四通道图像采集模块拍摄大气偏振图像，并将采集到的图像数据保存起来；

所述图像监控模块包括视频显示器和视频信号转换器，所述的视频信号转换器将从设备驱动及数据存储模块读取的VGA信号转换为AV信号，所述视频显示器用于监控摄像机拍摄到的图像，且接收上述AV信号；

所述数据处理计算机包括偏振信息检测模块、航向角解算模块，数据处理计算机向所述设备驱动及数据存储模块发送指令，完成大气偏振图像的采集与存储工作；所述的偏振信息检测模块采用Stokes矢量法从拍摄的大气偏振图像中提取每一点的偏振度和偏振方位角；所述的航向角解算模块通过提取的偏振信息解算载体航向角。

一种大气偏振模式检测及航向解算方法，包括以下步骤：

步骤1，数据处理计算机向设备驱动及数据存储模块发送指令，完成大气偏振图像的采集与存储工作；

步骤2，偏振信息检测模块采用Stokes矢量法从拍摄的大气偏振图像中提取每一点的偏振度和偏振方位角，具体为：

(2.1)读取四通道偏振图像采集装置获取的四张大气偏振图像；