[发明专利]独立通道偏振导航信息检测传感器

说明书

技术领域：

本发明涉及智能信息获取和导航技术领域，具体地说是一种独立通道偏振导航信息检测传感器。

背景技术：

太阳光本身是一种自然光源，但是在大气传输过程中被大气中的粒子散射和反射，便会产生偏振光。具有不同偏振方向、不同偏振度的太阳光形成了特定的偏振态分布，即大气偏振模式。大气偏振模式和地理位置、太阳位置、大气环境、天气情况，甚至和地面环境有着密切的联系，主要包括大气偏振度、偏振化方向等参数，其中蕴含着重要的导航信息。

瑞士苏黎世大学的Rüdiger Wehner教授及其团队一直致力于沙蚁等生物的偏振光导航行为和仿生偏振光导航机理方面的研究，其提出的POL-neuron模型在仿生偏振光导航传感器的研制中有着里程碑式的意义，并被国内外的研究者一直沿用至今。

目前偏振导航信息检测传感器，主要是基于POL-neuron模型，即包含至少两组偏振光采集单元，每个偏振光采集单元由一对偏振化方向相互垂直的偏振光采集通道和一个对数放大器组成。光电二极管将蕴含大气偏振信息的光信号转换成电流信号，对数放大器将一个偏振光采集单元中的两个光电二极管输出的电流信号进行对数处理转换成电压信号，再对电压信号进行采集和处理，进而计算出大气偏振模式中的偏振度信息和偏振化方向信息。检测通道多，硬件电路复杂，集成度普遍不高，计算过程复杂，实际应用中难以保证各个偏振光采集通道的偏振化方向与理论值一致，同时各个通道的增益一致性不能保证，导致了偏振导航信息检测传感器存在不可避免的正交误差和各个通道增益差异误差，使其精度普遍不高。

发明内容：

本发明为解决上述现有技术所存在的问题，提供一种集成度高、检测精度高且适用范围广的独立通道偏振导航信息检测传感器，以提高大气偏振导航信息检测的精度。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种独立通道偏振导航信息检测传感器的特点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。

本发明利用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：