基于Rayleigh大气偏振模式的太阳空间位置优化计算

为了满足偏振光导航对空间特征点空间位置信息的需求,提出一种基于Rayleigh大气偏振分布模式的太阳空间位置计算方法.首先,从大气光学的Rayleigh散射理论出发,建立了天空中偏振光的分布模型.然后将由大气偏振模式中的有限的采样点信息确定太阳空间位置的问题转化为非线性最小二乘优化问题,采用Gauss-Newton法简化算法结构,结合对初值的全局搜索以获取精确的太阳空间位置.仿真实验表明,在本文设定的采样方式下,不同时间、不同地点下利用偏振度信息求解,太阳高度角误差均小于10-5度,方位角误差小于10-6度;偏振角度求解时,太阳高度角和方位角求解误差均小于10-6度;并且在不同的采样方式下均保持了良好的优化准确度.实验证实该算法准确度高,对各种采样方式适应性好,可以有效地由偏振模式信息处理得到太阳空间位置.

仿生偏振光罗盘太阳位置检测方法

针对偏振光导航对天空中特征点精确位置信息的需求,提出一种基于全天域偏振模式成像系统对太阳位置进行精确检测的方法。与传统的基于光斑的太阳位置检测方法相比,该方法利用大气中固有的偏振信息完成对太阳位置的精确测量,具有检测方法简单、精度高且适用范围广等特点。搭建的光学采集系统由三个微小型的大视场摄像头模组和偏振片构成,使得结构更加紧凑,体积更小,高度更低。从原理出发,仿真分析太阳位置求解算法,采用搭建的光学采集系统对本算法在3种天气(晴天、遮挡、气溶胶)环境下进行验证。结果显示:当天气晴朗时,在同一天不同时刻,测量的太阳高度角和方位角的精度分别为0.024°和0.03°;当太阳被高层建筑物遮挡时,太阳的高度角和方位角的测量精度分别为0.08°和0.05°;当太阳被树木的枝叶遮挡时,太阳的高度角和方位角的测量精度分别为0.3°和0.1°。研究发现当气溶胶的浓度超过一定量时就会破坏偏振光的Rayleigh分布模式,进而会影响太阳位置的检测精度。实验结果表明,这种新型的检测方法不仅能够满足偏振光导航对太阳位置精确信息的需求,还能为喜欢探索宇宙奥秘的爱好者提供一种新的探索思路。

基于瑞利大气偏振模式的太阳空间位置解算方法

在利用大气偏振模式进行导航的领域中,太阳空间位置是一个非常重要的导航特征信息,太阳空间位置的获取是导航应用中的一个重要的问题。提出一种基于瑞利大气偏振模式和K-means聚类算法获取太阳空间位置的计算方法。从大气瑞利理论所建立的全天域大气偏振模式出发,根据大气偏振模式中偏振度(DOP)的基本规律对偏振度数据进行K-means聚类分析,将太阳空间位置的求解转换为求解K-means类中心的问题,通过算法仿真实验和实测实验进行验证。实验表明,在晴朗天气条件下同一天不同时刻求解的太阳位置方位角和高度角误差均小于0.01°。算法误差平稳,相对误差可以达到更高的精度,可以有效地利用大气偏振模式解算太阳空间位置。

基于三通道全天域偏振成像系统太阳位置检测方法

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,提出了一种新型的基于大气偏振模式的三通道偏振成像系统检测太阳位置的方法。该方法是利用大气偏振模式的偏振信息去解算太阳位置。与常见的基于光斑检测的方式比较,该检测方法是利用大气偏振光属性计算太阳位置,是一种间接计算方法,该检测方法具有视场大、检测精度高等特点。光学采集系统由工业CMOS镜头、偏振片和鱼眼镜头构成。从原理出发,搭建了实验平台验证本方法。实验表明:检测装置的测量精度为0.02°,不仅能够满足检测需求,也为太阳位置检测领域提供了一种新的解决思路。

基于大气偏振模式的三维姿态信息获取

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。