基于微偏振阵列成像的实时天空偏振光导航.docx

2019年第38卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)9

DOI:10.13873/J.1000—9787(2019)02—0009—03

基于微偏振阵列成像的实时天空偏振光导航*

张文静1,马龙2,赵立双3,曹毓1

(1.国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南长沙410073;

2.西安工业大学计算机科学与工程学院，陕西西安710021;3.65052部队，吉林白城137100)

摘要：利用最新的IMX250-MZR微偏振阵列芯片，实现了60FPS以上的实时天空偏振模式测量。在此基础上，对天空偏振角分布图像按照新的参考坐标系重绘，通过提取天空AOP分布图像的对称轴实现航向角的准确获取。实验测试结果表明：航向获取精度超过0.1°,MATLAB环境下的系统实时导航频率大于20Hz。

关键词：天空偏振光导航；偏振相机；偏振阵列芯片

中图分类号：TP212.1文献标识码：A文章编号：1000—9787(2019)02—0009—03

Real-timeskypolarizedlightnavigationbasedonmicropolarizedarrayimaging*

ZHANGWen-jing1,MALong2,ZHAOLi-shuang3,CAOYu1

(1.CollegeofAdvancedInterdisciplinaryStudies,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China;

2.SchoolofComputerScienceandEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710021,China;

3.ArmyUnit65052,Baicheng137100,China)

Abstract:Real-timeskypolarizationmodemeasurementabove60FPSisachievedusingnovelIMX250-MZRmicropolarizedarraychip.Onthisbasis,skypolarizationangledistributionimageisredrawnaccordingtothenewreferencecoordinatesystem,andtheheadingangleisaccuratelyobtainedbyextractingthesymmetryaxisoftheskyAOPdistributionimage.Theexperimentalresultsshowthattheheadingacquisitionprecisionexceeds0.1°,andthesystemreal-timenavigationfrequencyintheMATLABenvironmentishigherthan20Hz.

Keywords:skypolarizedlightnavigation;polarizedcamera;polarizedarraychip

0引言

偏振光导航本质上是一种基于自然特征的新型天文导航方法，其通过对天空偏振模式的分析来实现航向获取。因此，相对于其他天文导航方式（如太阳敏感器、星敏感器等），偏振导航利用的是整个大视场天空作为观测对象，无需通视星体目标，因此具有更强的环境适应性和工作稳定性。为实现天空偏振光导航，需准确探测天空的偏振模式（即偏振度和偏振角）信息。因此天空偏振模式测量方法是偏振导航系统的核心技术。

随着图像传感器技术的进步，基于相机的天空大视场偏振探测方法[1~3]得到快速发展。在此类方法中，为了测量偏振模式需获得多幅不同偏振方向下的天空图像，这往往要通过“时分”测量[4]和“空分”测量两种途径来实现。“时分”测量主要包括旋转偏振片法[4]和液