[发明专利]一种基于捷联式偏振光罗盘的动态定向方法及系统

权利要求书

1.一种基于捷联式偏振光罗盘的动态定向方法，其特征在于，所述偏振光罗盘包括图像式偏振光传感器且捷联式安装在载体上，所述偏振光罗盘包括相机、偏振件与广角镜头，所述偏振件位于相机的镜头与广角镜头之间，在载体移动过程中通过相机拍摄观测图像，通过对观测图像进行图像分析以获得当前载体在导航坐标系中的航向角，所述偏振光罗盘还包括与相机相连的微惯导，以用于获取相机的滚动角和俯仰角，具体包括如下步骤：

步骤101，从观测图像中获得观测图像中入射光的偏振信息；

步骤102，根据入射光偏振信息，结合相机的俯仰角和滚动角，获得入射光E矢量的偏振方向，具体包括：

获得向量在相机坐标系下的表达式，为：

其中，点O表示相机坐标系与水平参考坐标系的原点；点P为观测点，表示入射光与天球的交点，且每一束入射光对应的观测点P与观测图像中一个偏振测量单元的中心像素(x_p,y_p)对应，因此在已知相机的焦距f_c的前提下，观测点P在相机坐标系下的天顶角γ_c和方位角α_c为：

式中，(x_c,y_c)表示相机的光轴在观测图像中的坐标；

获得向量在水平参考坐标系下的表达式，为：

其中，δ和θ分别为相机的滚动角和俯仰角；

获得入射光E矢量的偏振方向φ，为：

式中，和分别为的第一个元素和第二个元素；

步骤103，根据入射光E矢量的偏振方向获得最佳太阳子午线方向；

步骤104，获取当前的时间、位置信息，并根据天文年历，获得太阳方位角；

步骤105，根据太阳方位角和最佳太阳子午线方向，计算出载体在导航坐标系中的航向角。

2.根据权利要求1所述基于捷联式偏振光罗盘的动态定向方法，其特征在于，所述偏振件为微阵列式偏振片，具体包括成阵列分布的偏振测量单元，每一个偏振测量单元都包含呈田字形分布的0°、45°、90°和135°四个方向的偏振片，每一个偏振测量单元中的每一个偏振片与相机的像元一一对应，其中，相机的每四个像元响应一束入射光。

3.根据权利要求2所述基于捷联式偏振光罗盘的动态定向方法，其特征在于，步骤101具体包括：

用STOKES向量来表示部分偏振光，STOKES向量包含四个参数S＝[S₀,S₁,S₂,S₃]，其中，S₀表示总的光强度，S₁是0°方向的偏振光分量，S₂是45°方向的偏振分量，S₃是圆偏振分量，忽略圆偏振分量以使S₃≡0，则偏振光透过方向为θ的偏振片后的光强为：

当θ分别取0°、45°、90°和135°时，通过偏振光罗盘测得入射光透过对应的偏振片时的光强I(0°)、I(45°)、I(90°)和I(135°)，使得STOKES向量通过下式求得：

S₁＝I(0°)-I(90°)

S₂＝I(45°)-I(135°)

进而获得入射光的偏振信息：

式中，DoLP表示入射光的偏振度，AoP表示入射光的偏振角。