【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于组合导航，更具体地说，是涉及一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法。
技术介绍
1、偏振作为光波的振动方向信息，与光强信息一起构成光信息的矢量维空间。当太阳光穿过地球大气层时，由于大气分子和气溶胶粒子的散射作用，在整个天空中呈现稳定的偏振分布格局。生物学研究表明，螳螂虾、章鱼、蝗虫、沙漠蚁等生物可以利用其独特的视觉结构来感知整个天空的偏振模式，并利用这些信息进行自我定位。受仿生导航机制的启发，极化导航已经在无人机、无人地面车辆等导航领域展示了先进的性能。它具有无累积误差、抗电磁干扰、隐蔽性强等优点，为全球导航卫星系统(gnss)拒绝环境中的完全自主定向提供了一种新颖的解决方案。然而，对偏振传感器(ps)误差机理的研究目前尚不完整。因此，研究复杂环境下偏振传感器的误差模型对提高仿生极化定向精度具有重要意义。
2、目前，偏振传感器(偏振传感器)误差模型可分为基于光电二极管的点源型和基于cmos芯片的成像型。对于点源偏振传感器，lambrinos利用六组光电二极管构建了一个点源偏振传感器，实现了航向测量并在移动机器人上进行了实验。chu使用偏振检测器和对数放大器构建了三对极化对抗单元(pol)，使用积分球校准传感器，得到偏振角测量误差小于0.2°。ma提出了一种基于最小二乘法的极化信息计算方法，并对传感器的安装角误差和极化角误差进行了标定。dupeyroux设计了一款uv偏振传感器，在各种天气和环境条件下进行了室外实验，在晴朗的日子里实现了小于0.3°的方向精度。而点源偏振传感器单次测量只能获得沿
3、综上，现有技术中共有以下缺陷：(1)没有考虑阳光的直接干扰，严重影响航向测量精度；(2)点源式的偏振传感器直射阳光补偿方法难以在成像式偏振传感器直接应用；(3)未考虑载体倾斜状态对航向测量的影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，旨在解决现有技术中无法在gnss拒止及磁干扰环境下实现高精度全自主定向的的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，包括：
3、步骤1：获取原始偏振光强探测值，
4、步骤2：基于原始偏振光强探测值获取透射光强和偏振响应强度；
5、步骤3：基于入射光强和偏振响应响度构建改进的成像式偏振传感器探测模型；
6、步骤4：基于改进的成像式偏振传感器探测模型和原始偏振光强探测值获取非偏振光中的直射阳光权重；
7、步骤5：基于非偏振光中的直射阳光权重对原始偏振光强探测值进行修正，获取直射阳光补偿后的斯托克斯矢量和偏振角信息；
8、步骤6：基于直射阳光补偿后的偏振角信息获取载体航向。
9、可选的，步骤2包括：
10、步骤2.1：将太阳直射的电场矢量分解为e1和e2分量；
11、步骤2.2：基于直射阳光的入射光强计算e1的透射光强；
12、步骤2.3：基于偏振光的基本传输机制和偏振光片的透射光强度计算e2的透射光强；
13、步骤2.4：基于e1的透射光强和e2的透射光强计算偏振响应强度；
14、e1的透射光强为：
15、
16、公式(1)中，为直射阳光的入射光强，为e1的透射光强，ψ为e1与偏光镜极性方向的夹角，为e1的透射光强；
17、e2的透射光强为：
18、
19、公式(2)中，γs为太阳矢量天顶角，α为第一角度，β为第二角度，为ψ和γs的函数特征，为e2的透射光强；
20、偏振响应强度为：
21、
22、公式(3)中，p为直射阳光的偏振响应系数，为e1的透射光强，为e2的透射光强，ψ为e1与偏光镜极性方向的夹角。
23、可选的，步骤3包括：
24、步骤3.1：基于偏振响应强度建立四通道偏振单元的单通道光强响应模型；
25、步骤3.2：基于四通道偏振单元的单通道光强响应模型获取e1方位角与偏光镜安装方向之间的夹角；
26、步骤3.3：基于四通道偏振单元的单通道光强响应模型和e1方位角与偏光镜安装方向之间的夹角获取改进的成像式偏振传感器探测模型；
27、四通道偏振单元的单通道光强响应模型为：
28、
29、公式(4)中，为四通道偏振单元的单通道光强，km为非偏振光下直射阳光的权重，pk为第k通道中直射阳光的偏振响应系数，d为极化度，ηk为消光比系数不一致误差参数，βk为第k偏振通道入射光强衰减参数，ξ为极化角，iin为入射光强，为偏光镜安装角；
30、e1方位角与偏光镜安装方向之间的夹角为：
31、pk＝0.5cos2ψk (5)
32、
33、公式(5)和(6)中，pk为第k通道中直射阳光的偏振响应系数，ψk为e1方位角与偏光镜安装方向之间的夹角，为偏光镜安装角，为载体系统下太阳矢量的方位角；
34、改进的成像式偏振传感器探测模型为：
35、
36、公式(7)中，βk为第k偏振通道入射光强衰减参数，iin为入射光强，为偏光镜安装角，ξ为极化角，d为极化度，km为直射阳光质量，为通过偏光板透射到cmos芯片的直射阳光的强度响应值，为四通道偏振单元的单通道光强。
37、可选的，步骤4包括：
38、步骤4.1：基于传统的成像偏振传感器模型计算初始的偏振角ξ和偏振度d；
39、步骤4.2：基于初始的偏振角ξ和偏振度d和改进的成像式偏振传感器探测模型构建展开后的成像式偏振传感器探测模型，并使展开后的成像式偏振传感器探测模型满足偏振通道光强响应目标函数；
40、步骤4.3：基于安装角度和所述展开后的成像式偏振传感器探测模型获取最终的成像式偏振传感器探测模型；
41、步骤4.4：基于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，所述一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法的步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，步骤2中获取透射光强和偏振响应强度的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，步骤3中构建改进的成像式偏振传感器探测模型是通过如下步骤实现的：
4.根据权利要求3所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，步骤4中获取非偏振光中直射阳光权重的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，步骤5中获取直射阳光补偿后的斯托克斯矢量和偏振角信息的步骤包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，步骤6中获取载体航向的步骤包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，所述一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法的步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，步骤2中获取透射光强和偏振响应强度的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传感器仿生定向方法，其特征在于，步骤3中构建改进的成像式偏振传感器探测模型是通过如下步骤实现的：
4.根据权利要求3所述的一种基于直射阳光补偿的成像式偏振传...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亚，范世伟，李广民，孙骞，高伟，于飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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