基于非理想瑞利散射大气偏振分布特性的偏振罗盘太阳跟踪方法

1.一种基于非理想瑞利散射大气偏振分布特性的偏振罗盘太阳跟踪方法，包括的步骤有：步骤一，基于天空偏振传感器的信息获取；步骤七，计算太阳的天顶角和方位角；在步骤一至步骤七之间为椭圆霍夫空间变换步骤；使用Hannay模型代替瑞利单次散射模型，称为非理想瑞利散射模型；基于非理想瑞利散射大气偏振分布特性的偏振罗盘应用了罗差修正方法；经罗差修正后的偏振罗盘采集的是天空中空气质量差且有云遮挡下的偏振光信息；通过椭圆霍夫变换基于Hannay多次散射椭圆模型处理天空偏振传感器的数据；具体地，椭圆霍夫空间变换步骤为：步骤二，构建椭圆霍夫空间；步骤三，计算椭圆霍夫空间格点所代表的天顶角和方位角；步骤四，中性点的立体角坐标；步骤五，计算中性点的权重；步骤六，判断中性点精度；在步骤一的基于天空偏振传感器的信息获取中；天空偏振传感器对应数据为4个像素为一组的微阵列偏振传感信息，其中这4个像素的检偏器方向分别为90度、45度、135度以及0度，所述90度、45度、135度以及0度对应的光强分别为 、 、 、 ；根据天空偏振数据计算斯托克斯矢量记为 ； 表示光强； 表示斯托克斯矢量的第二项； 表示斯托克斯矢量的第三项； 表示斯托克斯矢量的第四项；根据斯托克斯矢量计算偏振角，公式为：用偏振角反推三维空间的E矢量方向，公式为： 是偏振方向在偏振图片上的投影； 是三维空间的偏振方向，即E矢量方向； 是数据像素对应方向与 轴的夹角角度； 是图像数据像素代表的高度角； 是旋转矩阵； 是夹角的旋转矩阵； 是高度角的旋转矩阵；在步骤二的构建椭圆霍夫空间中，中性点椭圆霍夫空间记为 ，其中， 代表了Babinet中性点N1的天顶角， 代表了Babinet中性点N1的方位角， 代表了Brewster中性点N2的天顶角， 代表了Brewster中性点N2的方位角；对于椭圆霍夫空间的变量 ，其初始范围应该为 ；对椭圆霍夫空间进行的霍夫变换记为 ，下角标 表示霍夫变换次数；将椭圆霍夫空间 划分为 的离散格点；椭圆霍夫空间中的最大霍夫变换次数为5次；在步骤三的计算椭圆霍夫空间格点所代表的天顶角和方位角中，计算得到的椭圆霍夫空间格点所代表的天顶角和方位角为； 为椭圆霍夫空间对应的Babinet中性点N1的天顶角轴的步长； 为Babinet中性点N1的天顶角的最大值； 为Babinet中性点N1的天顶角的最小值； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N1的天顶角； 为Babinet中性点N1的天顶角； 为椭圆霍夫空间对应的Babinet中性点N1的方位角轴的步长； 为Babinet中性点N1的方位角的最大值； 为Babinet中性点N1的方位角的最小值； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N1的方位角； 为Babinet中性点N1的方位角； 为椭圆霍夫空间对应的Brewster中性点N2的天顶角轴的步长； 为Brewster中性点N2的天顶角的最大值； 为Brewster中性点N2的天顶角的最小值； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N2的天顶角； 为Brewster中性点N2的天顶角； 为椭圆霍夫空间对应的Brewster中性点N2的天顶角轴的步长； 为Brewster中性点N2的方位角的最大值； 为Brewster中性点N2的方位角的最小值； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N2的方位角； 为Brewster中性点N2的方位角；在步骤四的中性点的立体角坐标中，中性点立体角坐标记为 ，所述 对应在椭圆霍夫空间点 下的坐标表示为： 为中性点N1的三维空间的坐标； 为中性点N2的三维空间的坐标； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N1的天顶角； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N1的方位角； 为椭圆霍夫空间中Brewster中性点N2的天顶角； 为椭圆霍夫空间中Brewster中性点N2的方位角；在步骤五的计算中性点的权重中，导航图像中任意一个像素点对应在三维空间的坐标记为数据像素点 ；使用E矢量方向 ，中性点N1、N2对应三维空间的坐标 与 ，以及图像像素点坐标 计算椭圆霍夫空间点对应的权重为； 为Babinet中性点N1到像素点的连线； 为Brewster中性点N2到像素点的连线； 为E矢量方向的连线； 为 和 的角平分线，通过归一化函数 、 实现； 为中性点N1在连线 上的归一化函数； 为中性点N2在连线 上的归一化函数；W为像素点对椭圆霍夫空间格点的权重；遍历天空偏振图像式传感器的每一个 ，并让每一个 遍历完成椭圆霍夫空间的每一个格点，从而完成霍夫变换，得到椭圆霍夫空间数据集 ；从所述 选取出权重最高的格点，记为 ，所述 即为运算结果；根据 的格点坐标 来计算下一个椭圆霍夫空间 中的Babinet中性点N1和Brewster中性点N2的取值范围；计算下一个椭圆霍夫空间 中的Babinet中性点N1和Brewster中性点N2的取值范围为； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Babinet中性点N1的天顶角的最小值； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Babinet中性点N1的天顶角的最大值； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Babinet中性点N1的方位角的最小值； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Babinet中性点N1的方位角的最大值； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Brewster中性点N2的天顶角的最小值； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Brewster中性点N2的天顶角的最大值； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Brewster中性点N2的方位角的最小值； 为下一个椭圆霍夫空间 中的Brewster中性点N2的天顶角的最大值；在步骤六的判断中性点精度中，中性点精度阈值记为 ；当前中性点计算精度记为 ，且 = － ；当 时，将 带回步骤三；当 时，执行步骤七；在步骤七的计算太阳的天顶角和方位角中，根据Hannay中性点模型，中性点的中点就是太阳位置，而太阳位置可以作为导航信息；通过中性点天顶角和方位角 来计算太阳的天顶角和方位角为； 为太阳的天顶角； 为太阳方位角； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N1的天顶角； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N2的天顶角； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N1的方位角； 为椭圆霍夫空间中Babinet中性点N2的方位角；太阳的天顶角 和方位角 与中性点的天顶角和方位角 共同构成了基于太阳跟踪的偏振罗盘的定向信息。