[发明专利]独立通道偏振导航信息检测传感器

权利要求书

1.一种独立通道偏振导航信息检测传感器，其特征是所述传感器的组成包括偏振光采集模块、无偏通道和信号处理与运算模块；

所述偏振光采集模块具有三个相互独立的偏振采集通道，所述每个偏振采集通道是由滤光片、偏振片和光电二极管组成；所述光电二极管采集经过所述滤光片和偏振片的光线后输出偏振电流信号给所述信号处理与运算模块；

所述无偏通道是由滤光片和光电二极管组成；所述无偏通道的光电二极管采集经过滤光片的光线输出基准电流信号给所述信号处理与运算模块；

所述信号处理与运算模块的组成包括多路开关、I/V转换器、可变增益放大器、A/D转换器、控制MCU和处理MCU；

所述多路开关接收所述三个偏振采集通道的三路偏振电流信号和所述无偏通道的基准电流信号共四路电流信号，所述控制MCU控制所述多路开关分时所述四路电流信号给所述I/V转换器；所述I/V转换器将不同时段接收的电流信号转换为电压信号输出给所述可变增益放大器，所述可变增益放大器对所述电压信号进行放大处理后输出给所述A/D转换器，所述A/D转换器将所述电压信号转换为数字信号传递给所述处理MCU，所述处理MCU接收所述数字信号后对基准电流信号所转换得到的数字信号进行判断，若所述基准电流信号所转换得到的数字信号值在所设定的电压范围内，则所述处理MCU对偏振电流信号所转换得到的三路数字信号进行计算处理获得偏振导航信息；若所述基准电流信号所转换得到的数字信号值超出所设定的电压范围，则所述处理MCU发出增益指令给控制MCU，所述控制MCU接收所述增益指令对所述可变增益放大器的增益倍数进行调节，所述处理MCU重新接收所述A/D转换器所传递的各路电压信号进行判断和处理。

2.一种利用权利要求1所述的独立通道偏振导航信息检测传感器的偏振导航信息计算方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、将由所述三路偏振电流信号转换而得的三路电压信号S₁(φ)、S₂(φ)和S₃(φ)分别表示为：

S1(φ)=kI(1+dcos2(φ-φ1))S2(φ)=kI(1+dcos2(φ-φ2))S3(φ)=kI(1+dcos2(φ-φ3))]]>   (1)

式(1)中，k为增益倍数，I为光强系数，d为大气偏振模式中的偏振度，φ为大气偏振模式中的偏振角，φ₁、φ₂和φ₃为三个偏振采集通道各偏振片的初始相位，设定φ₁＝0，且φ₁、φ₂和φ₃不相等；

步骤2、令x＝dcos2φ、y＝dsin2φ、a＝S₂(φ)/S₁(φ)和b＝S₃(φ)/S₁(φ)，将式(1)变换为式(2)：

x=bsin2φ2-sin2φ2-asin2φ3+sin2φ3sin2φ2cos2φ3+asin2φ3-cos2φ2sin2φ3-bsin2φ2y=a+ax-1-xcos2φ2sin2φ2]]>   (2)

步骤3、由x＝dcos2φ，y＝dsin2φ通过式(3)获得偏振度d和偏振角φ：

d=x2+y2φ=12arccos(x/d)]]>   (3)

式(3)中，偏振角φ的值域为[0,π/2]；

步骤4、将偏振角φ带入y＝d′sin2φ，获得中间变量d′；根据中间变量d′的值将偏振角φ的值域利用式(4)扩展为[0,π]：

φ=φ,d′>0π-φ,d′<0]]>   (4)

步骤5、利用式(5)获得导航角φ₀为：

φ₀＝φ+π/2+φ_SM  (5)

式(5)中，φ_SM为太阳子午线与地理正北的夹角。