一种微型两通道偏振导航敏感器及使用方法技术

本发明专利技术涉及一种微型两通道偏振导航敏感器及使用方法，敏感器是一种两通道偏振导航敏感器，两个通道的四个光路共用石英片、滤光片、偏振片等光学镜片。选用了一种特制偏振片，在单片偏振片上集成了四个不同的偏振方向，分别是0°、45°、90°和135°，其中0°与90°组成通道一，45°与135°组成通道二。为了避免不同通道的偏振光的相互干扰，同时为了减少杂散光，在石英片与滤光片组件载体的底部以及压制铝片上设计了分光通道。本发明专利技术有效地实现偏振导航角

【技术实现步骤摘要】
一种微型两通道偏振导航敏感器及使用方法
本专利技术属于导航敏感器，以及一种大气偏振探测敏感器，涉及一种微型两通道偏振导航敏感器及使用方法。
技术介绍
太阳发出的光是自然光，自然光是非偏振的。照射到地球的自然光，由于有大气的散射作用，将会产生偏振。偏振的方向与强度取决于太阳光的入射方向和观测者的方位。因此,利用大气散射产生的偏振光分布模式，能够为地面的观测者提供太阳的方向信息，以此可以对观测者进行姿态和位置的确定。根据原理不同，用于大气偏振探测的敏感器可以分为两种：偏振成像敏感器和仿生偏振导航敏感器。偏振成像敏感器是一种全天空偏振模式测量装置。专利申请号为“201310287238.2”的中国专利设计了一种图像式天空偏振光分布模式实时同步获取装置，该装置由三个具有数码相机以及一个计算机处理系统，三个数码相机分别包含三个不同偏振极性角度的线偏振片。由于原理限制，偏振成像敏感器难以做到小型化。仿生偏振导航敏感器是一种定向测量装置。专利申请号为“201310380079.0”的中国专利设计了一种三通道偏振导航敏感器，该敏感器采用了偏光立方体分光器作为偏振片，相比采用圆形偏振片的偏振导航敏感器设计方案，避免了装配时偏振方向的调整。该敏感器含有三个偏振光探测通道，每个通道由一对正交的偏振光敏感单元配置对数放大器组成。每个通道的检偏方向分别于敏感器参考方向成0°，60°和120°，对处理三个通道的信号，可以解算敏感器参考方向与太阳子午线间的夹角，从而实现导航。然而由于各个通道间相互隔离，目前设计的三通道偏振导航敏感器专利申请号为“201110280146.2”和“201310380079.0”的中国专利等在机械设计上必然要浪费空间，导致结构上不够紧凑。并且使用偏振极性方向不同的两个偏振通道就可以实现偏振导航信息的解算，采用三个通道固然提供了冗余信息，在实际应用中实则并无必要性。同时，各通道间不同的光路传输特性主要表现为光学镜片的透过率必然会造成对数放大处理后的电信号存在误差，这种误差表现为真实值与实际值间的比例关系，是一种乘性误差，这将导致最终导航解算的误差。采用多个独立通道导致各检偏方向间存在相对安装误差，这表现为通道间的偏振极性方向不是准确的初始设计值如0°，60°和120°，也表现在单个通道内两个正交的偏振光敏感单元夹角不是准确的90°。以上两种安装误差将直接反映在偏振探测结果中，对于导航方位角的解算影响极大。对于采用圆形偏振片的方案尤其如此，在每次实验前需要转动偏振片进行对准，该对准方式难以保证高精度，亦给安装带来不便。在实际应用中，往往不允许定期对偏振敏感器偏振方向的安装误差进行校正，尤其是在振动比较剧烈的情形下，安装误差变得不可预测。并且采用通道间偏振极性夹角为0°，60°和120°的情况下，求解公式形式不够简洁，并且存在舍入误差。目前的偏振导航敏感器体积大、质量重。采用多个相互独立通道的偏振导航敏感器的各通道间光路传输特性不同，各检偏方向间存在相对安装误差，将导致偏振导航解算结果误差，在实际应用中影响导航效果。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种微型两通道偏振导航敏感器及使用方法，是一种质量轻、体积小、精度高的微型偏振导航敏感器，满足在车辆、机器人、无人飞行器、航天器等各类运动物体导航中的应用，尤其是在对小型化导航系统有需求的运动体中的应用。所设计的微型偏振敏感器装配简单方便，可靠有效，精度较高。技术方案一种微型两通道偏振导航敏感器，其特征在于包括安装镜筒1，偏振片载体2、压制铝片3、偏振片压环4、石英片与滤光片压环5、铝垫片6、滤光片载体7、外压环8、石英片10、滤光片11、偏振片15；偏振片载体2和滤光片载体7为圆槽型结构，槽口相对置于安装镜筒1的内腔，偏振片载体2位于安装镜筒1的底部，采用外压环8固定；偏振片载体2与滤光片载体7形成的内腔中，依次设有方形橡胶垫片16、方形偏振片15、偏振片橡胶垫片14、压制铝片3、铜垫片13、第二石英片与与滤光片橡胶垫片12、滤光片11、铝垫片6和石英片10；所述偏振片15采用的单片偏振片上设有四个不同的偏振方向，分别是0°、45°、90°和135°；所述偏振片载体2、滤光片载体7、方形橡胶垫片16、偏振片橡胶垫片14、压制铝片3、铜垫片13、第二石英片与与滤光片橡胶垫片12和铝垫片6与单片偏振片上四个不同的偏振方向的部位设有通孔。一种所述微型两通道偏振导航敏感器的使用方法，其特征在于：将0°与90°组成通道一，45°与135°组成通道二，每个通道的输出端连接一个对数放大器；选取两通道的偏振极性方向夹角为45°，故导航方位角以及偏振度d的求解方程为：其中：p1，p2分别为通道一和通道二经过对数放大器之后的输出信号的直接测量量。有益效果本专利技术提出的一种微型两通道偏振导航敏感器及使用方法，敏感器是一种两通道偏振导航敏感器，两个通道的四个光路共用石英片、滤光片、偏振片等光学镜片。选用了一种特制偏振片，在单片偏振片上集成了四个不同的偏振方向，分别是0°、45°、90°和135°，其中0°与90°组成通道一，45°与135°组成通道二。为了避免不同通道的偏振光的相互干扰，同时为了减少杂散光，在石英片与滤光片组件载体的底部以及压制铝片上设计了分光通道。本专利技术所设计的微型偏振敏感器各通道间共用相同的光学镜片，避免了由各通道间不同的光路传输特性导致的乘性误差，同时也实现了各道间光学通道的隔离。该微型偏振敏感器所采用的偏振片是在一种在单一镜片上集成了四个不同偏振方向的方形偏振片，通道间的偏振极化方向间夹角固定，可以通过标定补偿偏振极化方向误差，避免了安装误差对导航方位角解算的影响，且使得装配简单易行。本专利技术所设计的微型偏振敏感器是一种两通道偏振敏感器，通道间偏振极化方向夹角为45°，相对偏振极化方向夹角为60°的情况，偏振方位角求解公式形式简洁，避免了舍入误差的影响。相对于现有技术中，采用通道间偏振极性方向夹角为60°，角以及偏振度d的求解方程为：求解形式更加简单，并且不存在由项引入的舍入误差。本专利技术有效地实现偏振导航角的求解，而且精度较高，设计结构紧凑，导航过程稳定可靠，实现了小型化、轻型化，偏振敏感器组装简单易行，安装方便，可以应用在在车辆、机器人、无人飞行器、航天器等各类运动物体导航中，具有广阔的应用前景。附图说明图1为微型偏振敏感器的俯视图。图2为微型偏振敏感器的P-P剖视图。图3为偏振片偏振极化方向示意图。图4为石英片与滤光片组件图5为石英片与滤光片组件剖视图图6为偏振片组件图7为偏振片组件剖视图图2中，1-安装镜筒，2-偏振片载体，3-压制铝片，4-偏振片压环，5-石英片与滤光片压环，6-铝垫片，7-石英片与滤光片载体，8-外压环，9-第一石英片与滤光片橡胶垫片，10-石英片，11-滤光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型两通道偏振导航敏感器，其特征在于包括安装镜筒(1)，偏振片载体(2)、压制铝片(3)、偏振片压环(4)、石英片与滤光片压环(5)、铝垫片(6)、滤光片载体(7)、外压环(8)、石英片(10)、滤光片(11)、偏振片(15)；偏振片载体(2)和滤光片载体(7为圆槽型结构，槽口相对置于安装镜筒(1)的内腔，偏振片载体(2)位于安装镜筒(1)的底部，采用外压环(8)固定；偏振片载体(2)与滤光片载体(7)形成的内腔中，依次设有方形橡胶垫片(16)、方形偏振片(15)、偏振片橡胶垫片(14)、压制铝片(3)、铜垫片(13)、第二石英片与与滤光片橡胶垫片(12)、滤光片(11)、铝垫片(6)和石英片(10)；所述偏振片(15)采用的单片偏振片上设有四个不同的偏振方向，分别是0°、45°、90°和135°；所述偏振片载体(2)、滤光片载体(7)、方形橡胶垫片(16)、偏振片橡胶垫片(14)、压制铝片(3)、铜垫片(13)、第二石英片与与滤光片橡胶垫片(12)和铝垫片(6)与单片偏振片上四个不同的偏振方向的部位设有通孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种微型两通道偏振导航敏感器，其特征在于包括安装镜筒(1)，偏振片载体(2)、压制铝片(3)、偏振片压环(4)、石英片与滤光片压环(5)、铝垫片(6)、滤光片载体(7)、外压环(8)、石英片(10)、滤光片(11)、偏振片(15)；偏振片载体(2)和滤光片载体(7为圆槽型结构，槽口相对置于安装镜筒(1)的内腔，偏振片载体(2)位于安装镜筒(1)的底部，采用外压环(8)固定；偏振片载体(2)与滤光片载体(7)形成的内腔中，依次设有方形橡胶垫片(16)、方形偏振片(15)、偏振片橡胶垫片(14)、压制铝片(3)、铜垫片(13)、第二石英片与与滤光片橡胶垫片(12)、滤光片(11)、铝垫片(6)和石英片(10)；所述偏振片(15)采用的单片偏振片上设有四个...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，周军，王启，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61