[发明专利]基于偏振模式一致性的天空偏振光定向方法

权利要求书

1.一种基于偏振模式一致性的天空偏振光定向方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据采集到的天空偏振图像，得到天空偏振图像中各像素点的偏振角和偏振度；

步骤2，提取偏振度大于或等于第一阈值的像素点，作为第一点集；

步骤3，基于第一点集得到初始的太阳方向矢量；

步骤4，基于第一点集与初始的太阳方向矢量，采用顺序抽样一致性算法得到最优的太阳方向矢量，具体包括：

步骤4.1，将第一点集中的像素点按照偏振度大小从大到小进行排序，并令I=1；

步骤4.2，计算第一点集中第I个像素点的偏振一致性误差，判断其是否小于第二阈值：

若是则将该像素点存至第二点集后进入步骤4.3，否则直接进入步骤4.3；

步骤4.3，判断第二点集中的像素点数量是否大于第三阈值：

若是则判断第二点集中的像素点是否满足迭代终止条件，若满足则输出当前第二点集后进入步骤4.4，若不满足则令I=I+1，并当前第二点集中的像素点的数量作为第三阈值后返回步骤4.2；

否则令I=I+1后返回步骤4.2；

步骤4.4，基于当前第二点集得到最优的太阳方向矢量；

步骤5，基于最优的太阳方向矢量得到航向角。

2.根据权利要求1所述基于偏振模式一致性的天空偏振光定向方法，其特征在于，步骤1中，所述得到天空偏振图像中各像素点的偏振角和偏振度，具体为：

将微阵列式偏振光传感器采集到的天空偏振图像转换成光强信息，求解出观测点的偏振度；根据观测点在天空偏振图像中对应的像素点位置，求解出观测点的方位角和高度角，并结合方位角和高度角得的观测点的偏振角。

3.根据权利要求1所述基于偏振模式一致性的天空偏振光定向方法，其特征在于，步骤3具体包括：

根据偏振角，得到任一像素点的E-矢量，为：

第一点集中共有个像素点，因此可得E-矢量矩阵，为：

基于一阶瑞利散射模型，建立偏振光的定向模型，为：

得到初始的太阳方向矢量。

4.根据权利要求3所述基于偏振模式一致性的天空偏振光定向方法，其特征在于，步骤4.2中，所述偏振一致性误差，为：

式中，表示对应像素点的偏振一致性误差，表示对应像素点的E-矢量，T表示矩阵的转置。

5.根据权利要求3所述基于偏振模式一致性的天空偏振光定向方法，其特征在于，步骤4.4中，所述基于当前第二点集得到最优的太阳方向矢量，具体为：

获取当前第二点集中所有像素点的E-矢量矩阵；

求解下列的最优化问题即可得到，为：

式中，为最优的太阳方向矢量。

6.根据权利要求5所述基于偏振模式一致性的天空偏振光定向方法，其特征在于，步骤5具体包括：

基于最优的太阳方向矢量得到太阳在载体坐标系下的方位角，为：

式中，为太阳在载体坐标系下的方位角，为最优的太阳方向矢量中的第一个元素，为最优的太阳方向矢量中的第二个元素；

将时间和位置输入太阳星历得到的太阳在导航坐标系下的方位角，结合太阳在载体坐标系下的方位角即可获取载体的航向角，为：

式中，为载体的航向角。