全天域大气偏振模式实时测量装置的标定方法研究

摘要

仿生偏振光导航方法是一种基于自然偏振特性的自主导航方法，因其在较大范围内很难受人为因素的干扰和破坏，对解决弱/无卫星信号环境下的自主导航具有重要的意义和应用前景，近年来，受到了越来越多的关注。大气偏振模式是太阳光在大气传输过程中由于大气的散射作用而产生的偏振光所形成的特定的偏振态分布，仿生偏振光导航就是通过对大气偏振模式的检测和演算，实现载体姿态的判断。因此，对大气偏振模式及其变化规律的研究具有重要的意义。本课题针对自主研发的全天域大气偏振模式实时测量装置，进行了系统的误差分析，对影响系统测量的主要误差源，分别设计了标定方案，完成了对全天域大气偏振模式实时测量装置的标定，标定实验结果表明测量装置线偏振度测量误差小于5％，偏振角的测量误差小于3％。　　本文的主要研究内容如下:　　(1)针对全天域大气偏振模式的测量需求，在详细分析偏振成像测量方法的基础上，设计了一种全天域大气偏振模式实时测量装置，利用三通棱镜的同时偏振成像测量系统，实现了三个角度的全天空区域同时偏振成像;　　(2)对全天域大气偏振模式实时测量装置进行了系统的误差分析，对偏振片偏振方向的安装偏差、三CCD灰度响应不一致性及其像素偏移等影响三通偏振成像相机测量精度的主要误差源，分别设计了标定方案，并开展了标定实验和数据分析;　　(3)对全天域大气偏振模式实时测量装置的系统Mueller矩阵进行了标定，为测量装置建立了准确的信号处理模型，通过开展测量实验和对测量结果的分析，验证了全天域大气偏振模式实时测量的准确性。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 偏振成像测量系统的研究现状

1．2．1 时序型偏振成像测量系统

1．2．2 空分型偏振测量系统

1．2．3 干涉型偏振成像测量系统

1．3 主要内容与章节安排

第2章 全天域大气偏振模式实时测量装置

2．1 概述

2．2 偏振成像测量的原理

2．3 硬件结构及参数

2．4 本章小结

第3章 误差分析

3．1 三通道响应非一致性分析

3．1．1 三路通道亮度响应不一致

3．1．2 三路通道图像的像素偏移

3．2 系统Mueller矩阵误差分析

3．3 本章小结

第4章 三通道同时测量偏振相机的标定

4．1 三路通道灰度响应一致性标定

4．1．1 CCD响应均匀性校正

4．1．2 三路通道灰度响应一致性标定

4．2 三路通道像素偏移的配准

4．3 偏振片偏振方向的标定

4．3．1 标定原理

4．3．2 标定方案及结果

4．4 标定精度分析

4．5 本章小结

第5章 系统Mueller矩阵的标定及结果分析

5．1 系统Mueller矩阵的标定

5．1．1 标定原理

5．1．2 标定方案设计及结果

5．2 外场实验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况