[发明专利]一种基于单中性点模型的天空偏振定位方法

权利要求书

1.一种基于单中性点模型的天空偏振定位方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)利用偏振图像传感器采集天空光强信息，同时，利用基准参考平台测量偏振图像传感器的横滚α、俯仰β和偏航角γ信息；

(2)根据天空光强信息解算获取所采集天空区域的偏振度和偏振方位角信息，利用天空偏振特性解算偏振中性点坐标，并通过坐标转换获取偏振中性点的赤纬角和时角的实测值；

(3)建立偏振中性点的赤纬角和时角的解析模型，与赤纬角和时角的实测值联立，通过最小二乘的方法来求取模型中未知参数，获得中性点模型；

(4)根据中性点模型设计基于单中性点的定位算法，实现天空偏振定位；所述设计基于单中性点的定位方法为：

其中，分别为偏振中性点的高度角和方位角；δ、Ω分别为偏振中性点赤纬角和时角的解析模型值；λ、分别为偏振图像传感器所在点的经度和纬度，获取λ和的值，即实现基于单中性点的天空偏振定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于单中性点模型的天空偏振定位方法，其特征在于：所述步骤(1)中，偏振图像传感器由一个镜头前加可旋转线性偏振片的摄像机以及三脚架组成，线性偏振片透光轴旋转到不同角度时，利用摄像机采集对应角度的天空光强值；基准平台由一个GPS和全站仪组成，由基准平台获取的偏振图像传感器的横滚α、俯仰β和偏航角γ信息计算过程如下：

γ＝Δα₁±θ

其中，α、β、γ分别为偏振图像传感器的横滚、俯仰、航向角；(x₁,y₁)、(x₂,y₂)分别为偏振图像传感器上平行于传感器机身长轴的两点坐标值；Δα₁为GPS测量的两点连线与正北方向的夹角，θ为GPS测量的两点连线与偏振图像传感器机身短轴的夹角。

3.根据权利要求1所述的一种基于单中性点模型的天空偏振定位方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在获取偏振中性点坐标后，根据偏振图像传感器中镜头标定结果以及传感器的姿态信息计算偏振中性点的高度角和方位角信息的具体实现方法如下：

其中，分别为偏振中性点的高度角和方位角；(u,v)为图像坐标系中偏振中性点的坐标；R_true为偏振图像传感器的镜头标定结果矩阵；R_T为偏振图像传感器的姿态转换矩阵；

其中，α、β、γ分别为偏振图像传感器的横滚角、俯仰角和航向角；

再通过坐标转换获取偏振中性点赤纬角和时角的实测值如下:

或

其中，δ_n、Ω_n分别表示为偏振中性点赤纬角与时角的实测值；L为偏振图像传感器所在的纬度；分别为偏振中性点的高度角和方位角。

4.根据权利要求1所述的一种基于单中性点模型的天空偏振定位方法，其特征在于：所述步骤(3)中建立偏振中性点赤纬角和时角的解析模型如下：

δ＝m₁+m₂sin(m₈σ)+m₃sin(2m₈σ)+m₄sin(3m₈σ)+m₅cos(m₈σ)+m₆cos(2m₈σ)+m₇cos(3m₈σ)

Ω＝((S_d+(k₁+k₂sin(k₈σ)+k₃sin(2k₈σ)+k₄sin(3k₈σ)+k₅cos(k₈σ)+k₆cos(2k₈σ)+k₇cos(3k₈σ))/60)-12)×15

其中，δ为偏振中性点赤纬角的解析模型值，σ为日角，m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、m₆、m₇、m₈为偏振中性点赤纬角解析模型中引入的待求解未知参数；Ω为偏振中性点时角的解析模型值，k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈为偏振中性点时角解析模型中引入的待求解未知参数，S_d为地方时；

S_d＝HOUR+(MINITUE-(120°-λ)×4)/60

其中，120°是北京时间的经度，λ为偏振图像传感器所在点的经度，HOUR和MINITUE分别为测量时刻的小时和分钟值；

与赤纬角和时角的实测值联立：

δ＝m₁+m₂sin(m₈σ)+m₃sin(2m₈σ)+m₄sin(3m₈σ)+m₅cos(m₈σ)+m₆cos(2m₈σ)+m₇cos(3m₈σ)＝δ_n

Ω＝((S_d+(k₁+k₂sin(k₈σ)+k₃sin(2k₈σ)+k₄sin(3k₈σ)+k₅cos(k₈σ)+k₆cos(2k₈σ)+k₇cos(3k₈σ))/60)-12)×15＝Ω_n

利用最小二乘求解偏振中性点赤纬角和时角解析模型中的待求解未知参数m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、m₆、m₇、m₈和k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈，即可获得偏振中性点模型。