[发明专利]基于大气偏振模式的太阳方位获取方法

摘要

本发明属于仿生偏振光导航领域，公开了基于大气偏振模式的太阳方位获取方法。首先，利用图像式的偏振光传感器测量大气偏振模式，包括偏振角模式和偏振度模式；其次，根据偏振角模式建立太阳方向矢量的优化方程，通过求解矩阵的特征向量实现太阳方向矢量的最优估计，其在水平面的投影即为太阳方位；与此同时，将偏振度模式进行平滑后求梯度，根据梯度方向的概率密度分布估计出太阳子午线，即可获得太阳的方位；最后，将这两种方法的结果进行综合加权，得到太阳方位角的最优估计。本发明在不增加硬件结构的条件下，充分利用了偏振角模式和偏振度模式这二者所包含的信息对太阳方位进行估计，具有原理简单、估计精度高、鲁棒性好的优点。

主权项

1.基于大气偏振模式的太阳方位获取方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，大气偏振模式测量：利用一种基于多相机的偏振光传感器，实时测量一片天空区域的偏振模式，获得的偏振模式包括偏振角模式和偏振度模式；步骤二，基于偏振角模式的太阳方位获取：根据瑞利散射模型，散射光的E矢量方向垂直于散射面，即E矢量与太阳方向矢量s相互垂直，即e^Ts＝0  (1)因此，太阳方向矢量通过两个不共线的E矢量估计得到；实际上，偏振态的有效像素点数由图像的分辨率决定，有效像素点数大于30万，且它们对应的E矢量大多数是不相关的；定义E＝[e₁ … e_N]_3×N，其中N为有效像素点的个数，得到E^Ts＝0_N×1    (2)实际测量中，由于误差的存在，太阳方向矢量s的最优估计表示为如下的优化问题，即太阳方向矢量的最优估计为矩阵EE^T的最小特征值所对应的特征向量，太阳方向矢量在水平面的投影即为太阳的方位；步骤三，基于偏振度模式的太阳方位获取：为了从大气偏振度模式中提取出太阳子午线，只需检测出该模式的对称轴即可，采用如下步骤：1)对偏振度模式进行平滑，该步骤是为下面的求梯度过程做预处理，其作用是抑制求梯度时引入的噪声，可采用中值滤波器或者维纳滤波器实现；2)对平滑后的偏振度模式求梯度，对所有有效点的梯度方向进行统计，求出其概率密度分布；梯度方向的极大似然估计即为太阳子午线的估计结果，根据太阳子午线的朝向即可获得太阳的方位；步骤四，根据实际的应用背景和先验知识，将这两种方法的结果进行综合加权，从而得到太阳方位角的最优估计。