面向偏振光天文定位应用的偏振信息匹配滤波算法

大气偏振信息滤波处理是提高偏振光导航定位应用实效的基础和关键步骤。根据单次瑞利散射大气偏振模式,设计了与太阳投影点和观测点位置无关的方位模型转换算法;据此特征提出了一种全天域大气偏振分布数据滤波算法;并详细阐述了所提算法的基本步骤及流程。利用偏振成像系统同时观测全天域采样点大气偏振信息,对所提算法进行了实验验证。实验结果表明,所提算法对全天域偏振成像获得的大量离散样本点偏振数据,具有较好的滤波性能。

偏振光实时定位的标识线导航路径图像识别

针对传统方法存在图像噪声免疫性弱、识别偏差大、导航路径实时性较差的问题,提出基于偏振光实时定位的标识线导航路径图像识别方法。通过选取四个偏振光的偏振方向向量、时间信息、太阳方向向量判定方式与地磁信息,获取当地的地理坐标,完成偏振光实时定位。采用中值滤波技术实现图像的降噪与边缘处理,通过目标、背景区域与整体路径图像的关系,利用Otsu方法在直方图灰度变化区间内选取一个阈值,令该阈值满足类内方差极小、类间方差极大的条件,从而获得最佳阈值。再使用架构的判定函数验证阈值,根据抽行扫描法获得标识线的中心像素方位,并对其拟合,最后依据数学形态学实现对标识线的有效识别。实验结果表明,所提方法可以有效去除图像中存在的噪声点,在路径识别中能有效识别出各类标识物,识别效果较好。

偏振光实时定位系统的设计

为了满足偏振光定位的实时性要求,设计了基于STM32的偏振光定位系统,实现了偏振方位角数据的同步采集,降低了系统数据总线的复杂程度及上位机接收数据的复杂度,同时也解决了太阳高度角和方位角的双解问题。首先根据偏振光定位原理设计了4个偏振方位角采集模块,用来采集天空中4个观测方向的偏振方位角,每个偏振方位角采集模块的精度可达±0.2°;其次,设计了太阳方向矢量判断模块,用来解决偏振矢量的180°二义性造成的太阳高度角和方位角的双解问题。实验结果表明:偏振光定位系统可以得到正确的太阳高度角和方位角,并且适用于全天定位;在约55min的实验中,地理经度和纬度的最大误差分别为±1°、±1.5°;偏振光定位系统满足实时性的要求,定位精度稳定,可以应用于实际定位。

基于瑞利大气偏振模式的太阳自主定位方法及其实现

为了满足偏振光天文导航定位对高精度太阳空间位置信息的需求,提出一种基于瑞利大气偏振模式的太阳自主定位方法。实验结果表明,该定位方法能够获取太阳相对可靠的地理位置信息,且经、纬度误差均值分别为0.251°和0.171°。虽然该方法的定位精度有待于进一步提高,但其作为其他定位方式的补充有着重要应用价值。