[发明专利]一种具有环境适应性的多光谱偏振导航系统

说明书

本发明公开一种具有环境适应性的多光谱偏振导航系统，其主要用于不同环境下不同波段的偏振光谱检测，提高现有偏振导航系统的环境适应性，该系统主要由遮光罩，外界环境感知模块，卫星导航模块，自适应可调多光谱滤光模块，偏振检测传感器模块，惯性导航模块、无线数传模块和控制模块组成；偏振检测模块为基于分光棱镜的六通道式偏振检测传感器，检测芯片采用增强型光电转换芯片，保证在不同波段的滤光片下都可以进行高精度的偏振信息解算。自适应可调多光谱滤光模块包括紫外、蓝光和绿光三种波段的滤光片，可以通过分析外界环境感知模块和卫星导航模块反馈的信息进行自主切换。

技术领域

本发明涉及一种具有环境适应性的多光谱偏振导航系统，属于仿生偏振导航领域。

背景技术

自然光进入地球的大气层以后，遇到大气中的粒子和尘埃会发生散射，从而形成不同状态的偏振光。根据瑞利散射定律，理想情况下，大气偏振模式以太阳子午线和反太阳子午线呈对称分布，虽然太阳高度角和方位角随时间的变化会导致对称线的移动，但是大气偏振模式始终保持对称性。1985年，Wehner和Rossel首次在对沙蚁的行为研究中发现它们可以利用天空的这种偏振模式进行导航，随后人们对生物的偏振视觉产生了浓厚的兴趣，并发现蝗虫、蜜蜂等昆虫都具有利用大气偏振模式进行导航与定位的能力，而且在不同环境中生活的昆虫感受偏振光的波段是不同的，比如田野蟋蟀感受蓝光波段，鳃金龟感受绿光波段，沙蚁等感受紫外波段。通过多年的解剖实验、电生理实验和神经生理学实验等，人们开始从昆虫的复眼结构解析昆虫的偏振视觉，并通过对昆虫复眼功能结构的进一步分析，研制出了多种仿生偏振导航传感器。

目前的仿生偏振传感器主要是基于沙蚁复眼神经元模型，将偏振光的光强信息转化为电信号从而进行解算。专利号为200810229778.4的基于偏振仿生原理的指南针，提出了一种基于光电检测模型的偏振传感器，通过三个不同方向的检偏器和光电转换模块解算方位信息。但是由于采用圆形偏振片，初始安装方向存在正交误差。专利号为201510324186.0的基于分光棱镜的全光路偏振传感器利用分光棱镜在理论上克服了安装时的正交误差，并具有很高的集成度，优化了光路，提高了传感器精度。但是没有考虑到环境中不同波段偏振光对偏振信息解算的影响，只利用一种颜色的偏振光，对偏振光信息利用不充分。专利号为201610076299.8的基于偏振分光棱镜的两通道仿生偏振光导航仪及其方法中，提出了利用透镜改变光路，使光电探测器接收到的光线更纯净，提高了传感器的分辨率，同时利用分光棱镜减小正交误差。但是仍然没有考虑到不同的外界环境和地理位置对偏振信息的影响。

总之，现有技术虽然可以检测偏振信息，并解算偏振方位角用于导航，但是都只是检测单一波段偏振信息或者全波段偏振信息，没有考虑到不同波段偏振光对偏振检测和解算精度的影响。本发明采用高精度驱动装置连接可旋转滤光片结构，通过外界环境感知模块和卫星导航模块确定传感器初始地理位置和外界环境信息，根据外界环境的天气、光强和地理位置信息来确定滤光波段的选择。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种具有环境适应性的多光谱偏振导航系统，通过对地理位置、外界环境天气情况和光强信息的监测，克服了不同环境中不同波段偏振光对偏振导航信息解算的影响，对偏振光信息利用更充分，从而提高了传感器环境适应性。