一种获取太阳位置信息的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种获取太阳位置信息的方法和系统。方法包括：获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；根据光强值获取像素点坐标；对像素点坐标进行固定方向取点，获取坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；根据太阳方位角直线拟合方程获取第一坐标；根据第一坐标获取第一斜率，根据第一斜率和夹角获取太阳方位角；根据太阳天顶角直线拟合方程、太阳方位角和夹角获取第二坐标；根据第二坐标获取第二斜率，根据第二斜率和夹角获取太阳天顶角；根据太阳方位角和太阳天顶角获取太阳位置信息。采用本发明专利技术的方法或系统，根据大气偏振模式分布规律，进行太阳位置的反演，对每一点散射结果依赖较低，具有较高的估算精度和更好的大气环境适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种获取太阳位置信息的方法和系统
本专利技术涉及定位领域，特别是涉及一种获取太阳位置信息的方法和系统。
技术介绍
现有的用大气偏振模式计算太阳位置方法主要分为两种。一是可利用空间任意E矢量垂直太阳方向矢量的特性，建立满足条件的方程矢量函数，求解矩阵最优解进而求解太阳位置信息。二是从大气偏振光分布的理论数学模型入手，通过测量有限点的偏振信息(偏振度或偏振角)，应用最小二乘法、聚类分析法等优化算法来求解太阳位置。此外，还有一些学者利用图像处理方法对偏振角图像进行处理以获取太阳方位角信息。归结以上方法，最终多为对建立的非线性函数方程组进行求解，精度较低，且求解过程为迭代求解，计算时间偏长，因此，针对现在偏振光导航发展实时性和高精度性的需求，寻找一种利用大气偏振模式快速获取高精度太阳位置的方法和系统就显得很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用大气偏振模式快速获取高精度太阳位置的方法和系统。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种获取太阳位置信息的方法，所述获取太阳位置信息的方法包括：获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对+应的像素点坐标；对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。可选的，所述获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值，具体包括：转动相机使所述相机成像面垂直向上并保持水平，所述相机主轴对准地理正北方向，将多波段滤光片调到全通波段，调节鱼眼镜头与微距镜头Macrolens的距离使所述相机成像清晰，通过所述相机同时采集三幅不同角度的偏振图像的光强值。可选的，根据所述光强值获取斯托克斯矢量值，具体包括：根据下列公式计算斯托克斯矢量值{I,Q,U}其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振图像强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振图像强度，I1、I2和I3分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值。可选的，根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标，具体包括：根据下列公式计算偏振角信息A:其中，Q为大气光在水平方向上的线偏振分布，U代表大气光在45°方向上的线偏振分布；根据偏振角信息A获取所述振角信息图像的像素点坐标(x，y)。可选的，所述根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标，具体包括：根据下列公式获取映射后的第一坐标：其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α所述像素点坐标对应的偏振角度，X1为映射后新的横坐标，Y2为映射后新的纵坐标。可选的，所述对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角，具体包括：根据下列公式计算夹角获取太阳方位角：其中，表示太阳方位角，k1表示第一斜率，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角。可选的，所述根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；具体包括：根据下列公式获取映射后的第二坐标：其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标(x,y)相对应的偏振角度，X2为映射后新的横坐标，Y2为映射后新的纵坐标，表示太阳方位角，β表示像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角。可选的，所述对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角，具体包括：根据下列公式计算夹角获取太阳天顶角：θs＝arctan(k2)其中，θs表示太阳天顶角，k2表示第一斜率。为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：一种获取太阳位置信息的系统，所述获取太阳位置信息的系统包括：光强值获取单元，用于获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；斯托克斯矢量值获取单元，用于根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；像素点坐标获取单元，用于根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；夹角获取单元，用于对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；第一坐标获取单元，用于根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；太阳方位角获取单元，用于对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率；根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；第二坐标获取单元，用于根据所述太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；太阳天顶角获取单元，用于对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；太阳位置信息获取单元，用于根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。可选的，斯托克斯矢量值获取单元，具体包括：根据下列公式计算斯托克斯矢量值单元{I,Q,U}其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振强度，I1、I2和I3分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术中获取太阳位置信息的方法，获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；根据光强值获取偏振角信息图像的像素点坐标；根据“∞”字形特征方程得到的太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标和第二坐标，根据第一坐标和第二坐标获取第一斜率和第二斜率，根据第一斜率和第二斜率分别获取太阳方位角和太阳天顶角，最终根据太阳方位角和太阳天顶角获取太阳位置信息。显然，本专利技术是根据大气偏振模式分布规律，进行太阳位置的反演。对每一点散射结果依赖较低，具有较高的估算精度和更好的大气环境适应性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1获取太阳位置信息的方法流程图；图2为本专利技术实施例2获取太阳位置信息的系统结构图；图3为理论太阳偏振角分布图；图4为仿真方位角拟合曲线图；图5为仿真天顶角拟合曲线；图6为实测偏振角分布图；图7为实测方位角拟合曲线图；图8为实测天顶角拟合曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取太阳位置信息的方法，其特征在于，所述获取太阳位置信息的方法包括：获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种获取太阳位置信息的方法，其特征在于，所述获取太阳位置信息的方法包括：获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值；根据所述光强值获取斯托克斯矢量值；根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标；对所述像素点坐标进行固定方向取点，获取所述像素点坐标到图像中心的连线与X轴的夹角；根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标；对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第一斜率，根据所述第一斜率和所述夹角获取太阳方位角；根据太阳天顶角直线拟合方程、所述太阳方位角和所述夹角获取映射后的第二坐标；对映射后的第二坐标进行平滑滤波和最小二乘直线拟合获取第二斜率，根据所述第二斜率和所述夹角获取太阳天顶角；根据所述太阳方位角和所述太阳天顶角获取太阳位置信息。2.根据权利要求1所述的获取太阳位置信息的方法，其特征在于，所述获取三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值，具体包括：转动相机使所述相机成像面垂直向上并保持水平，所述相机主轴对准地理正北方向，将多波段滤光片调到全通波段，调节鱼眼镜头与微距镜头Macrolens的距离使所述相机成像清晰，通过所述相机同时采集三幅不同角度的偏振图像的光强值。3.根据权利要求1所述的获取太阳位置信息的方法，其特征在于，根据所述光强值获取斯托克斯矢量值，具体包括：根据下列公式计算斯托克斯矢量值{I,Q,U}。其中，I表示偏振图像的总强度；Q为大气光在水平方向上的线偏振图像强度，U代表大气光在45°方向上的线偏振图像强度，I1、I2和I3分别为三个不同偏振角度下的大气偏振模式图像的光强值。4.根据权利要求1所述的获取太阳位置信息的方法，其特征在于，所述根据所述斯托克斯矢量值获取偏振角信息图像，及所述偏振角信息图像对应的像素点坐标，具体包括：根据下列公式计算偏振角信息A:其中，Q为大气光在水平方向上的线偏振分布，U代表大气光在45°方向上的线偏振分布；根据偏振角信息A获取所述振角信息图像的像素点坐标(x，y)。5.根据权利要求1所述的获取太阳位置信息的方法，其特征在于，所述根据太阳方位角直线拟合方程获取映射后的第一坐标，具体包括：根据下列公式获取映射后的第一坐标：其中，x为所述偏振角信息图像的像素点的横坐标，y为所述偏振角信息图像的像素点的纵坐标，α为所述像素点坐标对应的偏振角度，X1为映射后新的横坐标，Y2为映射后新的纵坐标。6.根据权利要求1所述的获取太阳位置信息的方法，其特征在于，所述对映射后的第一坐标进行平滑滤波和最小二乘直...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋燕，范之国，王大千，王昕，高隽，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34