四通道大气偏振信息检测传感器信号处理与补偿方法，其特征是采用逐级信号处理的方法，对于来自四通道大气偏振信息检测传感器的实时动态检测数据进行逐级处理，在逐级处理过程中，通过硬补偿和软补偿两种分级的补偿方法，对传感器逐级信号的误差和噪声进行信号补偿与匹配，使得由于传感器各通道逐级物理器件的信号响应与传输特性不同所造成的传感器各通道信号的漂移误差分量和幅值误差，以及由于传感器的物理噪声和环境光噪声，所引起的随机噪声，得到有效的一致性补偿和抑制，最终得到有效的传感器输出，通过对获得的数字量电信号进行大气偏振模式信息处理，得到准确、可靠的大气偏振模式信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能信息获取和处理，以及仿生机器人导航
，是一种大气偏振信息 的测量装置的信号处理方法，特别涉及一种四通道的大气偏振信息检测传感器的信号处理与. 补偿方法。
技术介绍
太阳光本身是一种自然光源，但是在大气传输过程中被大气中的粒子散射和反射，比如 被02和N2分子，由此会产生相应的偏振光。具有不同偏振方向，不同偏振强度的太阳光， 便形成了特定的大气偏振模式。大气偏振模式信息主要包括大气偏振度、偏振化方向等参数 信息。大气偏振模式和地理位置、太阳位置、大气环境、天气情况，甚至和地面环境有着密 切的联系，其规律非常复杂。大气偏振模式中含有重要的导航信息，对仿生机器人的导航有 着重要指导意义与研究价值。另外，大气偏振信息在大气光学和偏振遥感探测等研究中也有 着广泛的应用，大气偏振特性的时空分布信息为反演大气的光学和物理参数、建立大气散射 辐射偏振特性模型提供了必不可少的素材。因此，要实现利用偏振模式完成自主导航任务或 者探测大气相关信息，大气偏振模式信息的测量是必不可少的。大气偏振模式中最重要的两个信息是偏振度信息和偏振化方向信息，即检测时刻的太阳 方位角，大气偏振模式信息的测量主要就是针对偏振度信息和偏振化方向信息的检测。本申请人在2006年5月9日提交的申请号为200610040467.4、名称为"大气偏振模式检 测装置及其检测方法"的专利技术专利申请中，提出了一种基于光电模型的大气偏振模式信息检 测装置，该装置中含有一个光偏振信息采集器，该光偏振信息采集器是用于对大气偏振模式 信息获取的传感器装置。光偏振信息采集器含有四个偏振光检测通道，其中每两个偏振光检 测通道构成一路偏振信息检测单元，每一路偏振信息检测单元含有一对光电管偏振检测器和 一个对数放大器组成。其信号处理过程是每路偏振信息检测单元中的一对检偏器将其检测到' 的含有大气偏振模式的光信息送至光电二极管，进行光电转换，将光信息转换成电信号，再 分别将每路中的一对光电转换后的电信号进行对数放大，对数放大信号再经过运算与放大， 从而完成大气偏振模式信息的获取和转换。由于在实际的大气偏振模式信息检测的信号获取与处理过程中不可避免会引入误差和 噪声。但是，在申请号为200610040467.4的专利说明书中，以及在现有的基于光电模型的大 气偏振信息检测装置和设备的偏振信息获取与处理方法上，并没有考虑实际检测装置中物理 器件的信号响应特性不一致等情况，造成了多个通道之间信号不匹配的问题，使得实际检测信号中存在较为严重的误差和噪声。此外，现有检测装置和设备中，大多使用高灵敏度的光 电转换器件，由于强调了光电转换器件的灵敏度，而没有充分考虑检测环境的多变性与光信 息的敏感性，没有在信号处理中采用针对性的有效补偿方法，这就影响了大气偏振信息检测 结果的准确性和可靠性。一方面，由于四个通道的偏振光感知与转换等单元中的物理器件的信号响应特性不可能 完全一致，导致四个信号通道传输特性不同，造成运算与放大后电信号存在加性漂移误差分 量；另一方面，由于两路运算与放大电路的传输特性不可能完全相同，造成运算与放大后的 电信号存在乘性幅值误差；最后，检测装置中各通道的物理器件同样存在热噪声、元件噪声 等物理噪声，以及不同环境下的环境光噪声，这些噪声都会使检测装置获得的大气偏振模式 信息存在着不确定的随机噪声。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种四通道大气偏振信息检测传 感器信号处理与补偿方法，以满足对于大气偏振信息检测的准确性与可靠性的要求问题。 本专利技术解决技术问题采用如下技术方案，其特征是按如下过程进行 ' 釆用逐级信号处理的方法，首先，利用四通道大气偏振信息检测传感器，获得四个通道的偏振光信号分别是凡、&、 g，和&，有尸 二"u/(l + t/cos2(y(l)尸12 = w12/(l + "。s2(y _-12)) (2)尸21 = M21/(l + "os2(^-^21)) (3)尸22 = w22/(l +(^c。s2(y--22)) (4)式(1)、式(2)、式(3)和式(4)中的" 、 "12、 "21和"22分别为所述传感器中四个通道. 的偏振感知器对特定波段光的传输响应系数，/为归一化光强系数，^为大气偏振模式中偏 振度信息，^为大气偏振模式中偏振化方向信息，即检测时刻的太阳方位角，^、《2、 021 和022分别为四个通道的偏振感知器的起始偏振感知方向，且有^二;r/2、 H2i=;r/2、 0《-^ <tt/2;所述四个通道的偏振感知器输出的偏振光信号i^、 ^、尸2,和尸22分别经光电转换器后输出的模拟量电信号分别是/,,、 /12、 /21和/22，有<formula>formula see original document page 7</formula>(5)<formula>formula see original document page 7</formula>(6)<formula>formula see original document page 7</formula>(7)<formula>formula see original document page 7</formula>(8)式(5)、式(6)、式(7)和式(8)中的m,，、 w12、 《721和附22分别为四个通道的光电转换 器的传输响应系数，/u:WuXw"、 /12=ot12xw12、 /21 = m21 xw21禾口/22 为偏振感知器与光电转换器的合传输系数；所述四个通道的光电转换器输出的模拟量电信号/,,、 /12、 /21和/22，以两个通道为一组，分别经对数运算单元，输出的模拟量电信号分别是G,和《，有<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>(9)<formula>formula see original document page 7</formula>(10)式(9)和式(10)中，<formula>formula see original document page 7</formula>和<formula>formula see original document page 7</formula>即是由于传感器中四个通道的偏振光感知器与光电转换器的信号响应特性不一致所造成的加性漂移误差分量；所述两路对数运算单元输出的模拟量电信号G,和《，分别经两路运算与放大单元，输出的模拟量电信号为《'和《，有:<formula>formula see original document page 7</formula>(11)(12)<formula&本文档来自技高网...
【技术保护点】
四通道大气偏振信息检测传感器信号处理与补偿方法，其特征是按如下过程进行： 采用逐级信号处理的方法，首先，利用四通道大气偏振信息检测传感器，获得四个通道的偏振光信号分别是Ｐ↓［１１］、Ｐ↓［１２］、Ｐ↓［２１］和Ｐ↓［２２］，有：Ｐ↓［１１］＝ｎ↓［１１］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［１１］）） （１） Ｐ↓［１２］＝ｎ↓［１２］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［１２］）） （２） Ｐ↓［２１］＝ｎ↓［２１］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［２１］））（３） Ｐ↓［２２］＝ｎ↓［２２］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［２２］）） （４） 式（１）、式（２）、式（３）和式（４）中的ｎ↓［１１］、ｎ↓［１２］、ｎ↓［２１］和ｎ↓［２２］分别为所述传感器中四个通道的偏振感知器对特定波段光的传输响应系数，Ｉ为归一化光强系数，ｄ为大气偏振模式中偏振度信息，φ为大气偏振模式中偏振化方向信息，即检测时刻的太阳方位角，φ↓［１１］、φ↓［１２］、φ↓［２１］和φ↓［２２］分别为四个通道的偏振感知器的起始偏振感知方向，且有：φ↓［１２］－φ↓［１１］＝π／２、φ↓［２２］－φ↓［２１］＝π／２、０＜φ↓［２１］－φ↓［１１］＜π／２； 所述四个通道的偏振感知器输出的偏振光信号Ｐ↓［１１］、Ｐ↓［１２］、Ｐ↓［２１］和Ｐ↓［２２］分别经光电转换器后输出的模拟量电信号分别是Ｉ↓［１１］、Ｉ↓［１２］、Ｉ↓［２１］和Ｉ↓［２２］，有： Ｉ↓［１１］＝ｍ↓［１１］Ｐ↓［１１］＝ｌ↓［１１］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［１１］）） （５） Ｉ↓［１２］＝ｍ↓［１２］Ｐ↓［１２］＝ｌ↓［１２］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［１２］）） （６） Ｉ↓［２１］＝ｍ↓［２１］Ｐ↓［２１］＝ｌ↓［２１］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［２１］）） （７） Ｉ↓［２２］＝ｍ↓［２２］Ｐ↓［２２］＝ｌ↓［２２］Ｉ（１＋ｄｃｏｓ２（φ－φ↓［２２］）） （８） 式（５）、式（６）、式（７）和式（８）中的ｍ↓［１１］、ｍ↓［１２］、ｍ↓［２１］和ｍ↓［２２］分别为四个通道的光电转换器的传输响应系数，ｌ↓［１１］＝ｍ↓［１１］×ｎ↓［１１］、ｌ↓［１２］＝ｍ↓［１２］×ｎ↓［１２］、ｌ↓［２１］＝ｍ↓［２１］×ｎ↓［２１］和ｌ↓［２２］＝ｍ↓［２２］×ｎ↓［２２］为偏振感知器与光电转换器的合传输系数； 所述四个通道的光电转换器输出的模拟量电信号Ｉ↓［１１］、Ｉ↓［１２］、Ｉ↓［...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高隽，范之国，胡翊，潘登凯，范宁生，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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