大气偏振模式为仿生偏振光导航提供方向基准。在大气偏振模式测量系统中，当偏振片透光轴的起始方向与相机的偏振参考轴之间存在偏差角时，测得的大气偏振模式偏振角分布会出现太阳子午线弯曲的现象。为了解决偏差角对大气偏振模式测量产生的影响，通过建立偏差角误差模型，针对偏差角对大气偏振模式测量精度的影响进行了详细的分析；并提出了利用大气偏振模式特征校正偏差角的方法，利用大气偏振模式的中性点和对称性特征获取偏振角分布的最优对称轴，实现对偏差角的校正。实验结果表明，通过对偏差角的校正，能够提高大气偏振模式的测量精度。

针对测试环境下偏振光分布模式复杂,特征点发散造成最小二乘法拟合太阳子午线时精度降低的问题,提出了一种基于Hough变换的太阳子午线提取方法。搭建了偏振光分布模式测试系统,利用Stokes矢量原理得到偏振光方位角分布模式,通过设置特征阈值获取太阳子午线特征区域。使用Canny算子检测特征区域边缘,运用Hough变换检测边缘直线方向,结合对称性分布关系获取太阳子午线方位角。通过测试实验,对比分析了所提方法与最小二乘法的测量精确度。实验结果表明,在特征阈值为3<N≤6时,所提方法的测量精确度高于最小二乘法,测量正确度提升了5.53%~87.84%,测量精密度提升了1.81%~92.68%。

针对偏振光导航航向获取需求，提出一种以全天域大气偏振模式作为信息来源实现载体航向解算的新方法。该方法利用“沿着太阳子午线方向的E 矢量垂直于太阳子午线”这一偏振特性实现太阳子午线特征点提取，采用最小二乘法确定太阳子午线在载体坐标系下的方位角；并利用“太阳子午线附近的偏振度小于逆太阳子午线附近的偏振度”的特性，解决航向获取角度歧义性的问题；结合太阳在地理坐标系下的方位计算航向信息。实验表明，在设定的全天域偏振信息采样方式下，该方法在不同时刻、不同航向、不同采样点数下的航向获取精度为0.05°内；在偏振角测量误差8°以内，平均误差仍在0.2°内；证明了该方法解算精度高，适应性好，可以有效解算航向信息。

为了满足偏振光导航中对天空特征点位置信息的需求, 提出一种基于Rayleigh大气偏振模式的太阳和太阳子午线空间位置的计算方法.首先分别利用瑞利单次散射理论和偏振分析仪重建了理论和实测大气偏振模式, 再根据大气偏振分布模式的特点, 对所采集的偏振度数据和E-矢量数据进行聚类分析, 利用偏振度数据确定太阳位置, E-矢量数据确定太阳子午线位置, 将求取太阳和太阳子午线空间位置的问题转化为确定相应类中心的问题.最后对所提方法分别就大气偏振的理论模式和实测模式进行实验分析, 与最小二乘法利用偏振数据反推太阳位置法相比, 该方法有效地利用了偏振模式整体分布的稳定性特点, 可以通过采集大范围偏振信息获取较准确的空间显著特征点位置, 得到较好的实测数据处理结果.