[发明专利]基于遥感天空偏振模式图的仿生导航方法及导航定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生导航方法及导航定位系统，特别是关于一种基于遥感天空偏振模式图的仿生导航方法及导航定位系统。

背景技术

仿生偏振导航是生物利用光的偏振特性来确定参考方向的一种自主式导航方式，是自然界天然的导航方式之一。这种导航方式可以避免现有导航方式的一些不足，与惯性导航、GPS导航或地磁导航相组合成为一种高精度的导航手段。

遥感是通过远距离成像的一种方式，或一种远距离观测方法。目前利用天空偏振光实现遥感探测主要是单点定向测量，即测量某一高度角处的天空偏振光分布信息，然后通过调整仪器的高度角采用对不同方位的天空光进行多次测量，最后对各个方位的测量结果进行综合分析得到探测结果，上述的单点定向测量方法对每次测量的范围和视野都有一定的局限性，而且在调整测量方位时，在对不同方位分别进行测量时会产生时间差，在这个时间差的范围内，天空偏振光的分布将会发生变化，这样会导致测量的结果产生误差，而且现有技术对导航过程中天空偏振光的盲点问题(偏振度为零)不能有效的监测和克服。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时、快速、测量覆盖区域大、导航精度高，且能够有效避开导航盲点的基于遥感天空偏振模式图的仿生导航方法及导航定位系统，也是利用仿生手段将遥感观测影像服务于导航定位方法及系统的技术。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于遥感天空偏振模式图的仿生导航方法，包括以下步骤：1)设置一包括有三个数码相机的全天空偏振光测量系统，每一所述数码相机前端设置有一鱼眼镜头，每一所述鱼眼镜头前端依次设置有一偏振片和一滤波片，每一所述数码相机的输出端连接一计算机；2)采用全天空偏振光测量方法，对天空光光强进行三幅影像的同时测量，计算得到偏振度和偏振方位角，得到遥感天空偏振模式图；3)采用全天空偏振光测量方法，通过对遥感天空偏振模式图中的偏振度和偏振方位角的各个影响因素进行分析，得到最适合偏振导航的外部条件；4)结合天文导航原理，求解不同时刻的太阳方位角，并利用太阳方位角修正太阳子午线与载体之间的夹角，得到以地理南北为参考方向的航向角；5)采用GPS导航方式与偏振导航方式的组合导航方式对偏振导航盲点进行处理。

实现所述仿生导航方法的基于遥感天空偏振模式图的导航定位系统，其特征在于：它包括一GPS接收机、一里程仪和一偏振光测量系统，所述里程仪和偏振光测量系统的输出端连接一航位推算模块的输入端，所述GPS接收机和航位推算模块的输出端分别连接到一数据采集模块的输入端，所述数据采集模块的输出端连接一信号检测与决策模块的输出端，所述信号检测与决策模块的输出端分别连接一GPS导航单独定位系统、一GPS/偏振导航组合定位系统和一偏振导航单独定位系统的输入端，所述GPS导航单独定位系统、GPS/偏振导航组合定位系统和偏振导航单独定位系统的输出端分别连接一定位信息解算模块，同时所述偏振光测量系统的输出端还连接一导航盲点监测模块，所述导航盲点监测模块的输出端连接所述信号检测与决策模块的输出端。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用三个数码相机对测量区域同时进行多方位的测量，将单点测量扩展为全天空区域的偏振光测量，进而形成类似磁场、重力场的天空偏振状态图即遥感天空偏振模式图，该方法快速实时，避免单点定向测量方法因为调整测量方位角而导致的测量时间误差，有效保证了测量结果的精度。2、本发明的数码相机采用鱼眼镜头，扩大了视野空间，使其具有180°的立体空间角，有效的避免了单点测量空间范围小的缺点。3、本发明采用全天空偏振光测量方法，通过对遥感天空偏振模式图的各个影响因素进行测量，得到了最适合偏振导航的外部条件。4、本发明结合天文导航原理，利用太阳当前的方位角修正偏振光测量系统输出的角度，使得偏振导航更具有实用性。5、本发明的导航定位系统设置有导航盲点监测模块，一旦检测到偏振度为零则单独采用GPS导航单独定位系统避开导航盲点，增加了偏振导航的有效性，偏振度不为零时，可以采用GPS导航与偏振导航系统组合导航的方式精确导航。6、本发明可以对偏振影像的偏振度强弱、偏转角大小等进行等级划分、显示，对获取的偏振影像进行实时处理，从而得到了遥感天空偏振光分布的直观信息。本发明可以广泛用于各种不同条件下的导航定位的测量和研究中。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图；

图2是本发明中偏振度平均值与太阳高度角的关系示意图，其中横坐标为时间，单位为h，纵坐标为偏振度值，用百分数表示；