[发明专利]一种基于水下光强拮抗差分的偏振抗干扰解算方法

说明书

本发明公开了一种基于水下光强拮抗差分的偏振抗干扰解算方法，包括：针对波动、散射等光学耦合效应引起的偏振光场动态非线性扰动，借助小波阈值降噪算法对水下原始偏振测量信号进行预处理，以抑制水下原始偏振测量信号中时变非稳态干扰；考虑波动散射动态偏振光学时变干扰噪声，建立含有混杂非线性干扰噪声的水下偏振量测模型；最后，模拟螳螂虾等生物偏振视神经元差分对立信号处理机制，建立基于水下光强拮抗差分的偏振抗干扰解算方程，实现水下混杂光学非线性干扰环境有效偏振光场信号的捕获和估计。本发明突破了基于水下光强拮抗差分的偏振光场抗干扰感知技术，能够有效提高海洋动态光学环境仿生偏振感知的适应性、可靠性和鲁棒性。

技术领域

本发明属于水下偏振信息感知与自主导航领域，具体涉及一种基于水下光强拮抗差分的偏振抗干扰解算方法。

背景技术

复杂海洋环境下，螳螂虾等水生生物借助独特的视觉系统能够完成“感知-传递-处理-融合”全回路跨尺度光学信号的表征、传递和解译，并将偏振光信号视为一种特殊的定向线索。且基于偏振光场的仿生自主导航技术具有自主性强、可靠性高等优点，已成为水下自主导航领域的研究热点。而复杂的海洋光学效应给水下偏振光信号感知带来了极大的挑战，波动/散射等混杂光学耦合干扰环境下仿生偏振传感器的干扰抑制能力还需进一步提高，偏振光场信号的有效估计有待进一步挖掘。

现有仿生偏振光场捕获和估计算法，已发表的论文“仿生POL神经元的偏振光导航传感器研究”模拟生物偏振感知神经元提出了一种理想条件对立的偏振算法，采用S型函数对量测信号进行对数处理实现了偏振信号解算。中国专利申请CN201610076257.4 “基于改进仿沙蚁POL神经元的偏振光导航传感器及工作方法”，设计了一种基于改进仿沙蚁POL神经元四通道偏振传感器，提出了基于对立通道信号差除的信号处理方法，实现了大气环境偏振度和偏振角信息的解算。中国专利申请CN201911252040.4“一种基于水下光强干扰模型的水下偏振自主定向方法”，建立了基于水下多干扰条件的偏振输出量测方程，并运用拮抗思想解算水下偏振信息，提升了低信噪比水下环境偏振信号提取能力。中国专利申请CN202111408066.0 “一种考虑暗电流的水下偏振传感器多参数优化标定方法”，建立了基于暗电流参数的水下偏振传感器模型，通过多参数优化方法对偏振传感器进行优化标定，提高了水下弱光环境偏振信息可靠性和环境适应性。

然而，上述方法并未考虑海洋环境波动散射等时变非线性干扰的影响，并不适用于海洋环境波动/散射等混杂光学耦合效应下的偏振信息感知。

发明内容

为克服海洋环境水面波动/散射等混杂光学效应带来的动态耦合干扰问题，提高偏振传感器耦合干扰抑制与有效偏振信号感知能力，突破混杂动态光学环境水下偏振光场感知技术，本发明提供一种基于水下光强拮抗差分的偏振抗干扰解算方法。针对以水面波动和水下水粒子散射效应为主引起的水下偏振光场非线性干扰，借助非稳定信号处理手段，提取有效水下偏振光学信号；而后设计仿生差分对立干扰抑制算法估计偏振光矢量，实现水下混杂动态光学干扰环境偏振光场的精确感知和抗干扰自适应估计。本发明能够有效提高水下混杂动态光学扰动环境仿生偏振光场感知的适应性、可靠性及鲁棒性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于水下光强拮抗差分的偏振抗干扰解算方法，包括以下步骤：

步骤（1）针对海洋环境水面波动/散射等混杂光学耦合效应引起的动态光学非稳态干扰，假设小波阈值降噪函数为，利用其处理水下原始偏振测量信号，得到降噪后的水下偏振光强信号；

步骤（2）基于步骤（1）降噪后的水下偏振光强信号，结合偏振光学模型和偏振光学传播规律，考虑波动散射干扰噪声系数和非线性随机干扰散射角，建立含有混杂非线性干扰噪声的水下偏振量测模型；