[发明专利]一种基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法

权利要求书

1.一种基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、校准大气偏振光场，采用专用夹具将成像式偏振传感器固定于船只，利用三维电子罗经盘实时测量成像式偏振传感器水平基准面的翻滚角γ、俯仰角ζ和航向角α；

S2、测量大气偏振光场：使用成像式偏振传感器进行测量，得到偏振方位角图和偏振度图，构成T1时刻的海上大气偏振光场图；同理，测量得到T2时刻的海上大气偏振光场图；

S3、采用大气偏振光场信息融合方法，将偏振方位角图和偏振度图进行信息融合，利用设定阈值从偏振方位角图中分割出太阳偏振子午线候选区域，利用设定阈值从偏振度图中分割出太阳偏振环候选区域；

S4、根据天空偏振场的对称性计算所述太阳偏振子午线候选区域和太阳偏振环候选区域的重合区域像素形心坐标；根据鱼眼镜头成像原理，计算T1时刻的太阳高度角；同理，计算T2时刻的太阳高度角；

S5、根据T1时刻推测地理坐标E₁，结合所述计算得到的T1时刻的太阳高度角，在海图坐标系中绘制T1时刻的船位线；根据三维电子罗经盘获取航向信息，根据光流传感器获取速度信息，通过速度积分获取航向航程，计算得到T2时刻的推测地理坐标E₂；结合所述计算得到的T2时刻的太阳高度角，在海图坐标系中绘制T2时刻的船位线；采用太阳移线解析法求得船只所在的经纬度。

2.根据权利要求1所述的基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法，其特征在于，所述步骤S1中成像式偏振传感器的0角度参考方向与船体轴线水平重合。

3.根据权利要求1所述的基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法，其特征在于，所述翻滚角γ、俯仰角ζ用于补偿图像误差，补偿太阳高度角为Δh，补偿公式如下：

4.根据权利要求1所述的基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

S31、在偏振方位角图中，通过将阈值ε₁设置为0.1°，将偏振方位角ψ为90°-ε₁≤ψ≤90°和-90°≤ψ≤-90°+ε₁的区域分割出来，赋予灰度值A，定义为太阳偏振子午线候选区域；

S32、在偏振度图中，通过将阈值ε₂设置为0.1，将偏振度d为0.05≤d≤0.05+ε₂的区域分割出来，赋予灰度值A，定义为太阳偏振环候选区域。

5.根据权利要求1所述的基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

S41、使用像素形心公式计算太阳偏振子午线候选区域和太阳偏振环候选区域重合区域的形心坐标定义为理论太阳位置p₂，像素形心公式如下：

其中，x_i代表像素值为A_i的横坐标，y_i代表像素值为A_i的纵坐标，则理论太阳位置p₂相对于图像中心的欧式距离r为：m为图像中心横坐标，n为图像中心纵坐标；

S42、根据鱼眼镜头成像原理，计算T1时刻的太阳高度角h₁如下：

其中，f为鱼眼镜头的焦距，Δr为鱼眼镜头的成像误差，Δh为补偿太阳高度角；

S43、同理，计算T2时刻的太阳高度角。

6.根据权利要求1所述的基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：

S51、计算太阳高度角的差值：在地球坐标系下，G为太阳直射点，N、S分别为地球南北极，T1时刻的推测地理坐标T2时刻的推测地理坐标在天文三角形NGE₀中，通过球面三角形边的余弦公式，推算高度角h_C1得到：

其中，δ表示观测太阳赤纬，λ表示子午圈角；

S52、通过球面三角形边的余弦公式，推算太阳方位角A_C1，如下所示：

S53、同理，计算得到T2时刻的推算高度角h_C2、太阳方位角A_C2，如下所示：

S54、在海上大气偏振光场图上以T1时刻的推测地理坐标为原点，以此时刻的地理正东为横轴正方向，建立笛卡尔直角坐标系；

S55、通过电子罗经盘测得的航向角α和光流传感器测得的速度值v，获取实际的航向航程，根据推算高度角h_C1的公式，计算T2时刻的推测地理坐标

S56、根据上述计算得到的T1、T2时刻的太阳高度角与T1、T2时刻的推算高度角的差值以及T1、T2时刻的太阳方位角，计算得到特征点和的坐标：

S57、分别过K₁和K₂作E₁K₁和E₂K₂的垂线，即为T1、T2时刻的船位线Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ，船位线Ⅱ-Ⅱ公式如下：

S58、利用T2时刻的推测地理坐标点E₂为参考，简化移线操作，绘制出T1时刻的船位线Ⅰ-Ⅰ的参考移线Ⅰ′-Ⅰ′，公式如下所示：

η-η₃＝-tanA_c1(φ-φ₃)

S59、计算参考移线Ⅰ′-Ⅰ′和T2时刻的船位线Ⅱ-Ⅱ的交点M，即为船只所在的经纬度