[发明专利]一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的自主定位方法

权利要求书

1.一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的自主定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、将图像式偏振传感器水平放置，采集全天空区域偏振图像，计算得到天空中各个方向散射点偏振角及E矢量e_i,i＝1,2,3,…,n，n为图像式偏振传感器像素数；所述步骤(1)中，天空中各散射点的在图像坐标系下的E矢量e_i为：

其中，为偏振角；

步骤(2)、多次重复步骤(1)操作，根据每两次拍摄时间间隔计算天空中各散射点旋转角速度ω_i，遍历找到所拍摄的偏振图像中的旋转角速度为15度/小时的点坐标(x_p,y_p)，该点即为北极点P，计算载体系b下北极点高度角

步骤(3)、根据E矢量垂直于太阳矢量的关系，构造载体系b下E矢量矩阵E^b，计算载体系b下太阳高度角

步骤(4)、由北极点高度角确定载体纬度Lat，根据太阳高度角并结合太阳天文年历最终确定经度Lon。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的自主定位方法，其特征在于：

所述步骤(2)中，若遍历找到的北极点P在偏振图像坐标系中的坐标为(x_p,y_p)，根据图像式偏振传感器相机成像模型与相机安装矩阵，载体系b下北极点高度角为：

式中，c_x,c_y为图像式偏振传感器镜头光轴在图像中的投影坐标，f为相机焦距，上述参数c_x,c_y,f由相机标定得到。

3.根据权利要求1所述的一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的自主定位方法，其特征在于：

所述步骤(3)中，载体系b下E矢量矩阵E^b具体为：

式中，n为图像式偏振传感器像素数，由天空中各散射点的E矢量e_i经过以下转换得到：

其中：

tanα_i＝(y_i-c_y)/(x_i-c_x),

式中，α_i,γ_i分别为各散射点在相机坐标系下的观测方位角与高度角，x_i,y_i为天空中各散射点的E矢量e_i在图像坐标系的像素坐标，c_x,c_y为光轴在图像中的投影坐标，f为相机焦距，上述参数c_x,c_y,f由相机标定得到；

载体系b下太阳矢量s^b的解为矩阵[(E^b)(E^b)^T]_3×3的最小特征值所对应的特征向量；设计算得到的载体系b下太阳矢量s^b为[x y z]^T,则载体系b下太阳高度角为arcsin(z)。

4.根据权利要求1所述的一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的自主定位方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，北极点高度角即为载体纬度Lat，载体经度Lon为：

式中，δ为太阳赤纬，GHA为太阳格林时角，通过查询天文年年历得到。