【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于采用偏振光学方法为特征的测量设备，特别涉及一种利用大气中相对稳定的偏振光分布模式进行运动物体角位移测量的检测方法和传感器。
技术介绍
目前的导航测定方位角度传感器，主要包含地磁罗盘、惯性陀螺仪以及天文六分仪。地磁罗盘原理结构简单，但精度较低；惯性陀螺仪测定运动方向瞬时精度高，但长期使用具有较大的积累误差，为了获得准确的运动方向角度，必须利用其它导航传感器定期对惯性陀螺进行校准；早期的天文六分仪原理装置简单，也有较高的测量精度，但是定位测向计算步骤多，时间长，因而在实用中受到了诸多限制。基于恒星敏感器的天文测向的传感器具有很高的测量精度，但是系统结构复杂，计算性能要求高，生产成本也非常高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了弥补上述导航测向传感器在实际工程应用中的不足，提供一种生产成本低、结构原理相对简单并且具有较高测量精度的导航运动方位角度测量方法和传感器装置。本专利技术用于测量自由运动物体的航向角度，它直接利用太阳辐射可见光在大气中散射形成的相对稳定的偏振光分布模式，经过滤光元件、检偏器件、对数放大调理电路以及数据采集处理模块，连续实时的推导计算出当前运动方向。-->本专利技术的技术方案是：一种运动方向角度偏振敏感检测方法和传感器装置，其检测方法的特征是采用三个偏振主轴成120°角的偏振光检测通道敏感天空可见光的偏振分布模式，进行归一化算法处理，结合方向光强度辨别方法解算出运动物体的运动方向角度，其实现过程如下：1)单通道偏振光检测：单个偏振光检测通道C1，C2，C3是由一对偏振透光轴互相正交的检偏器连接光敏二极管作为高精度对数运...
【技术保护点】
一种运动方向角度偏振敏感检测方法和传感器装置，其检测方法的特征是，采用三个偏振主轴成１２０°角的偏振光通道，检测天空可见光的偏振分布模式，进行归一化算法处理，结合方向光强度辨别方法解算出运动物体的运动方向角度，其实现过程如下：１）对 单通道偏振光检测：单个偏振光检测通道（Ｃ１），（Ｃ２），（Ｃ３）是由一对偏振透光轴互相正交的检偏器连接光敏二极管，作为高精度对数运算放大器的两个输入端，输入的光电流可以表示为：ｓ↓［ｉ１］（φ）＝ＫＩ（１＋ｄｃｏｓ（２φ－２φ↓［ｍ ａｘ］）），ｓ↓［ｉ２］（φ）＝ＫＩ（１＋ｄｃｏｓ（２φ－２（φ↓［ｍａｘ］＋９０）））ｉ＝１，２，３．（１）其中，φ↓［ｍａｘ］是使ｓ（φ）取最大值的方向，分别取０°，１２０°，２４０°；对应三个偏振光检测通道，ｓ ↓［ｉ１］（φ）和ｓ↓［ｉ２］（φ）表示一个偏振光检测通道中与主方向平行和垂直时的光电流输入，其中，Ｉ是总的光强度Ｉ＝Ｉ↓［ｍａｘ］＋Ｉ↓［ｍｉｎ］，Ｉ↓［ｍａｘ］，Ｉ↓［ｍｉｎ］分别是最大和最小光强度，ｄ是偏振程度，φ是零度方向相对于当前...
【技术特征摘要】
1.一种运动方向角度偏振敏感检测方法和传感器装置，其检测方法的特征是，采用三个偏振主轴成120°角的偏振光通道，检测天空可见光的偏振分布模式，进行归一化算法处理，结合方向光强度辨别方法解算出运动物体的运动方向角度，其实现过程如下：1)对单通道偏振光检测：单个偏振光检测通道(C1)，(C2)，(C3)是由一对偏振透光轴互相正交的检偏器连接光敏二极管，作为高精度对数运算放大器的两个输入端，输入的光电流可以表示为：Si1(φ)＝KI(1+dcos(2φ-2φmax))， i＝1，2，3. (1)Si2(φ)＝KI(1+dcos(2φ-2(φmax+90)))其中，φmax是使s(φ)取最大值的方向，分别取0°，120°，240°；对应三个偏振光检测通道，si1(φ)和si2(φ)表示一个偏振光检测通道中与主方向平行和垂直时的光电流输入，其中，I是总的光强度I＝Imax+Imin，Imax，Imin分别是最大和最小光强度，d是偏振程度，φ是零度方向相对于当前太阳子午线的夹角，K是一个常数；2)对三通道偏振光检测：利用具有三个偏振敏感主轴方向的线性检偏器模仿沙漠蚂蚁的神经感杆，传感器由三个偏振敏感主轴方向成120°的偏振光检测通道(C1)，(C2)，(C3)组成，三个偏振光检测通道的输出表达式为：<mrow><msub><mi>p</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>log</mi><mn>10</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>p</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>log</mi><mn>10</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>p</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>log</mi><mn>10</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>8</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>8</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow>3)三通道输出归一化处理：对于不同的时间和地理位置，在天空偏振光的照射下，偏振导航传感器绕参考线旋转一周后，三个偏振光检测通道输出的振幅不同的电压信号，经过归一化算法处理之后，可以输出标准的正弦信号，归一化过程如下：首先，对三通道原始输出进行反对数处理：<mrow><msub><mover><mi>p</mi><mo>‾</mo></mover><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mrow><msup><mn>10</mn><msub><mi>p</mi><mn>1</mn></msub></msup><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mover><mi>p</mi><mo>‾</mo></mover><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mrow><msup><mn>10</mn><msub><mi>p</mi><mn>2</mn></msub></msup><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mover><mi>p</mi><mo>‾</mo></mover><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><mrow><msup><mn>10</mn><msub><mi>p</mi><mn>3</mn></msub></msup><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>d</mi><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>φ</mi><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>8</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>然后，利用三角恒等变换，给出偏振程度d的表达式：<mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mrow><mn>3</mn><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>p</mi><mo>‾</mo></mover><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mover><mi>p</mi><mo>‾</mo></mover><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>p</mi><mo>‾</mo></mover><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mover><mi>p</mi><mo>‾</mo></mover><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mn>...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚金奎，赵开春，张强，王体昌，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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