【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下自主导航领域，具体涉及一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法。
技术介绍
1、自主式水下航行器在海洋资源勘探、环境科考等方面具有广阔应用前景。然而，海洋环境复杂多变，信息源匮乏，传统导航方式在水下环境应用受限，如视觉导航受水体浑浊散射效应影响，光学成像质量差，且水下环境特征信息匮乏难以提取有效视觉运动信息，卫星导航受水下无线电信号快速衰减影响，难以应用。因此，亟需发掘水下场景中包含载体运动信息的信源，为水下航行器的全自主导航技术难题提供解决手段。
2、基于偏振信息的仿生导航技术可以利用水下自然光场中蕴含运动信息进行导航定向，具有全自主、无误差积累等优点，能为解决水下自主导航领域难题提供新的解决方案。中国专利申请cn116222580a（一种基于跨介质折射干扰补偿修正的水下偏振定向方法），建立了跨气液介质折射前后的偏振矢量映射关系，利用单点观测的偏振矢量构造量测方程，但仅考虑了水下偏振光场的逐点分布特征，未挖掘利用偏振信息在某点领域内变化的空间约束，在实际复杂海洋环境鲁棒性受限。中国专利申请cn114877898a（基于水下偏振姿态与折射耦合反演的太阳动态跟踪方法），建立了姿态/折射耦合作用下基于偏振矢量的太阳动态跟踪模型，而偏振度信息仅引入作为偏振矢量权值，未考虑偏振度分布本身具有的空间特征也具备太阳动态跟踪的潜力，且水下散射等会改变偏振角，但对偏振度空间相对分布影响较小。中国专利申请cn112461191a（一种基于水下折射与散射耦合偏振度的太阳高度解算方法），利用三个观测方向的偏振信息，实现水
3、综上所述，受海洋折射、散射等复杂光学效应影响，目前对水下偏振信息的空间分布机制依然不明晰，现有水下偏振信息描述基本采取逐点分布形式，对偏振度信息的利用也仅作为判断偏振光质量的标准，虽然在组合导航的误差修正中已取得一定效益，但未进一步挖掘水下偏振度分布中蕴含的空间运动信息，尚未充分利用水下偏振度空间分布形式在水下特定环境下的适应性。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，将水下偏振图像传感器获取偏振信息，经气液折射效应补偿后，反演大气偏振度图像，以计算大气偏振度梯度与大气观测矢量。基于理想瑞利散射模型下大气偏振度梯度与太阳位置的几何约束特点，以及不同偏振度梯度量测对估计太阳位置的影响，采用自适应随机抽样一致性方法从包含野值的图像观测数据中，筛选出满足模型假设的有效观测数据集，用于估计太阳矢量，并建立与组合导航天向失准角量测关系。利用水下观测偏振度梯度的空间约束信息，增强了水下偏振信息利用率，为基于偏振信息的水下组合导航提供新的解决方案。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，包括如下步骤：
4、步骤1、根据水下偏振图像传感器采集得到检偏方向分别为0°,45°,90°,135°的水下光强图像，，，，计算水下斯托克斯图像；
5、步骤2、根据菲涅尔定律补偿水面折射效应，反演得到大气偏振度图像，进而计算各像素点对应的水平坐标系下的大气偏振度梯度与水平坐标系下的大气观测矢量；
6、步骤3、基于自适应随机抽样一致性算法，从水下偏振相机总观测数据集合中去除野值量测，得到适合构建大气偏振度梯度量测的观测数据集合，并估计水平坐标系下的太阳矢量；
7、步骤4、利用重力矢量对各像素点对应的水平坐标系下的大气偏振度梯度解算的水平坐标系下的太阳矢量进行奇异性校正后，与天文年历解算的太阳矢量结合构建量测方程，估计水下组合导航天向失准角。
8、与现有技术相比，本专利技术具有以下的有益效果：
9、本专利技术通过梯度计算将偏振度标量场转换为矢量场，从而可利用偏振度梯度分布中包含的空间约束信息，具有自主性、无误差累积、鲁棒性强等优点；考虑了气液跨介质折射效应造成的模型误差，通过菲涅尔定律对水下偏振度图像完成补偿校正；设计自适应随机抽样一致性算法，剔除了不符合模型空间约束特征的量测野值与不适合估计太阳位置的低质量量测，提高了太阳跟踪精度与鲁棒性，增强了水下组合导航误差修正能力。
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1.一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，所述步骤2包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，所述步骤3包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，所述步骤3中的自适应随机抽样一致性算法初始化时，从水下偏振相机总观测数据集合中去除野值量测，得到满足基于理想大气瑞利散射模型下的太阳矢量、观测矢量与观测点偏振度梯度关系模型的适合构建大气偏振度梯度量测的观测数据集合；每次选择单个数据点时，选中有效观测像素的概率为，自适应随机抽样一致性算法在运行后提供至少一个有用结果的期望概率为，自适应迭代次数确定为期望概率的函数，最大迭代次数为，则有：
【技术特征摘要】
1.一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，所述步骤2包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，所述步骤3包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于水下偏振度梯度量测的组合导航方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔建忠，柳文斌，胡鹏伟，杨健，郭雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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