1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
针对现有大气偏振模式理论模型单独考虑太阳或月亮的影响，无法充分描述晴朗天气下黎明和黄昏过渡期间天空偏振模式的问题，提出了一种曙暮光影响的大气偏振模式建模方法。该方法引入太阳和月亮的影响，以太阳和月亮位置求解的Stokes矢量为基础，同时考虑了实际天空中大气粒子多次散射的因素，对Stokes矢量优化；分析太阳和月亮对大气偏振模式的影响，确定了太阳和月亮的影响权重；利用偏振角表征大气偏振模式。结果表明，所提模型的仿真结果与实测偏振角具有相同的分布和变化特性，且保持着较高的相似度，能够有效地表征曙暮光影响的大气偏振模式。
大气偏振模式 曙暮光 Stokes矢量 偏振角 偏振光导航 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501002
1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
3 安徽建筑大学建筑信息获取与测控技术重点实验室，安徽 合肥 230601
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。
成像系统 大气偏振模式 偏振光导航 偏振成像系统 太阳子午线弯曲 中性点 光学学报
2022, 42(22): 2211003
合肥工业大学计算机与信息学院, 安徽 合肥 230009
提出了一种基于霍夫变换的大气偏振模式∞字形重构方法,基于偏振角数学模型获得了∞字形表征方程, 运用霍夫变换求解未知参数,从偏振角信息中求解方程参数,进而重构出∞字形。实验结果表明∞字形 重构精度优于99%,提出的方法可以有效地从偏振模式中重构出∞字形,为后续偏振光导航提供了一种新的思路。
信息光学 仿生偏振光导航 ∞字形 霍夫变换 大气偏振模式 information optics bionic polarized light navigation ∞ shape Hough transform atmospheric polarization mode
西北工业大学 精确制导与控制研究所, 西安 710072
根据大气偏振模式形成机理, 提出了利用多偏振敏感器测量太阳矢量(矢量方向)的方法.介绍了大气偏振模式的形成, 设计了由两组偏振单元组成的偏振敏感器, 论证了偏振单元之间的最佳设计角度, 分析了利用偏振敏感器从大气偏振模式中提取太阳方位信息的方法, 进而提出了利用多偏振敏感器测量并结合最小二乘法解算太阳矢量的方法, 针对该算法进行了实验验证, 并与双偏振敏感器测量太阳矢量方向的方法进行了对比分析.分析结果表明, 利用多偏振敏感器测量不仅可以得到高精度的太阳矢量方向, 太阳矢量的方位角误差和高度角误差分别为0.2°和1.0°, 还解决了双偏振敏感器测量太阳矢量方向时由于最大偏振方向平行引发的突变问题.实验结果验证了利用多偏振敏感器(≥3)测量太阳矢量的方法是可行的.
偏振敏感器 太阳矢量 偏振模式 偏振光导航 最小二乘法 Polarization sensor Solar vector Polarization pattern Polarization navigation Least squares
合肥工业大学 计算机与信息学院，安徽 合肥 230009
现有的偏振光导航方法提供的二维方向信息不能满足导航的实际需求，因此，本文提出了一种利用大气偏振模式获取三维姿态信息的方法，选取太阳作为空间显著特征点，利用大气偏振模式信息计算出载体在两次不同状态下的太阳空间位置信息，通过建立姿态变换矩阵获得了载体的三维姿态信息。最后，对不同天气条件、不同太阳空间位置、不同波段以及天空被部分遮挡情况下太阳空间位置计算的误差分布情况进行了仿真分析和实际测量。实验结果显示，当天空有气溶胶粒子分布时，蓝色波段下的计算误差最小，方位角和高度角的误差分别为1.50°和2.10°; 当观测视场中有树木遮挡时，方位角和高度角的平均误差分别为0.91°和1.97°，由此表明本文方法能够有效提取太阳的空间位置，获得载体的三维姿态信息，并满足实际导航的需求。
偏振光学 偏振光导航 大气偏振模式 太阳空间位置 三维姿态信息 polarization optics polarized skylight navigation atmospheric polarization mode solar spatial position 3D pose information
1 中北大学 1. 电子测试技术重点实验室
2 2. 信息与通信工程学院
3 3.仪器与电子学院， 太原 030051
4 4.中国电子科技集团第四十一研究所，山东 青岛 266555
有效提取大气偏振模式信息是实现偏振光导航应用的前提条件。借鉴昆虫偏振敏感机理，设计了一种基于“3对偏振对比单元+1个光强检测单元”的仿生偏振光检测系统，详细阐述了光学前端接收结构、信号调理及主控硬件电路等功能模块设计。针对偏振正交误差的影响，基于激光器、调节台、偏振分析仪搭建了系统测试标定平台，并分别在室内暗场和室外晴朗天气下对传感器系统的输出偏振角进行了测试。结果表明，该系统偏振角平均误差小于0.5°，能够提供准确的航向信息，实现大气偏振模式的稳定获取。
仿生 偏振光导航 大气偏振模式 标定 bionics polarization navigation atmospheric polarization pattern calibration
国防科技大学 机电工程与自动化学院,湖南 长沙 410073
合肥工业大学 计算机与信息学院, 合肥 230009
目前偏振光导航传感器大多以POL-神经元模型为基础,误差主要来源于通道间信号增益差异,以及检偏器阵列的相对角度误差.为了提高偏振罗盘信息的检测精度,提出了一种独立通道偏振罗盘信息检测方法.利用三个相互独立的偏振光检测通道测量大气偏振信息,获取航向角信息.并且,结合分时复用技术,设计了独立通道偏振光导航传感器,提出了相应的标定方法和误差补偿算法.实验结果表明,独立通道偏振光导航传感器能够显著降低偏振罗盘信息检测误差,补偿后传感器误差在±0.05°以内.
偏振光导航 大气偏振模式 偏振视觉 导航 polarized light navigation atmosphere polarization pattern polarization vision navigation
1 中国科学技术大学自动化系, 合肥 230027
2 中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所, 合肥 230027
针对目前利用天空偏振光信息进行导航, 仅能提供方向信息实现相对路径定位, 而不能获取载体的经纬度信息实现绝对定位的问题, 在前期工作中, 作者提出了一种基于天空偏振光、地球与太阳相对位置关系的自定位方法。本文中, 作者设计搭建了由天空偏振角测量装置、 OCTANS惯导组成的实验平台, 对该方法的可行性进行验证分析。实验结果表明, 该定位方法能够实时的获取相对可靠的地理位置, 且经纬度误差均值分别为 -0.149°和 0.418°。与 GPS定位系统相比, 虽然定位精度有待于进一步提高, 但可作为 GPS失效时的有效补充定位手段。
天空偏振光导航 自主定位 仿生导航 导航定位 skylight polarization navigation autonomous navigation biomimetic navigation navigation and positioning
西北工业大学 精确制导与控制研究所, 陕西 西安 710072
借鉴沙漠蚂蚁等昆虫利用天空偏振模式进行导航的方法, 设计了偏振传感器来获取导航系统的航向角。为提高偏振传感器的测角精度, 研究了影响偏振传感器测角精度的误差因素与补偿方法。讨论了如何利用偏振传感器从天空偏振模式中提取偏振方位角信息的方法, 分析了影响偏振测角精度的主要误差因素, 建立了偏振传感器的测角误差模型。根据测角误差模型, 推导了偏振方位角的解算方法, 并利用最小二乘算法, 通过估算模型的误差参数值间接补偿测角误差。最后, 采用提出的误差补偿算法在晴朗天气下进行了实验测试。测试结果表明: 误差补偿后测角精度得到明显提高, 约为0.17°(3σ)。实验结果验证了提出的误差补偿算法可以实现对角度误差的有效补偿。
偏振光导航 偏振传感器 偏振模式 最小二乘法 角度测量 误差补偿 polarization navigation polarization sensor polarization pattern Least Square Method(LSM) angle measurement error compensation１引言随着导航技术的不断进步 传统的导航手段如惯性导航 无线电导航 天文导航以及卫星导航等 已不能满足其发展需求。偏振光导航作为一种新的仿生 具有抗干扰能力强、精度高和误差不随时间累积等优点 因而有着广泛的应用前景<参考文献原文>。
