东海海域天空偏振模式测试与图像研究

发布时间：2020-10-27 03:57

　　 利用天空偏振模式导航已经成为国内外研究的热点,拥有良好的抗干扰性为天空偏振模式导航提供了无可比拟的优势。本文对天空偏振偏振模式的研究分为三个方向,首先,研究了东海海域的天空光偏振分布模式及规律。基于瑞利散射理论对天空偏振分布模式进行仿真,利用图像式全天空偏振模式测试系统对东海海域的天空偏振分布模式进行测试,对比分析测试结果与仿真结果。针对海上利用偏振度模式获取子午线方向不准确的问题,本文提出了利用偏振方位角信息判断子午线的方法,确定了在太阳高度角大于85度或太阳高度角低于25度时利用偏振方位角定位子午线方向。结果表明:东海海域的天空光偏振分布模式符合瑞利散射理论;利用该方法获取子午线方向与理论仿真一致。其次,研究了偏振成像中曝光时间和光圈值对天空偏振模式分布的影响,基于瑞利散射理论对天空偏振度分布模式进行仿真,利用成像式偏振测试系统对天空偏振模式进行测试,将实际测试获取的天空光偏振分布与理论仿真偏振分布进行对比,重点分析偏振成像中曝光时间与光圈值对天空偏振信息的影响,并针对获取的偏振度图像提出补偿算法。结果表明∶光圈值能够改变偏振度分布,减小光圈值获取的偏振方位角分布边界更清晰;不同曝光时间的偏振度分布不同,曝光时间1/6~1/30、曝光时间1/6000~1/8000获取的天空偏振度分布产生畸变;通过算法补偿能够在曝光时间为1/45~1/8000获取与仿真效果统一的偏振度分布。最后,研究了天空偏振方位角分布模式,分析了图像子午线信息的获取。基于瑞利散射理论对天空偏振方位角分布进行仿真,测试获取天空偏振方位角,分析仿真偏振模式图中的太阳子午线;获取图像中北极位置,利用Roberts,Prewitt,Sobel,Canny四种算子对仿真和测试天空偏振方位角(90-x,90+x)区域进行边缘检测,进而使用霍夫变换提取子午线信息,重点分析了测试图获取的子午线的方向误差。结果表明:随着x数值增大,仿真天空偏振方位角(90-x,90+x)区域逐渐呈现“∞”字形分布;图像中能够获取北极星位置并将北极星确定为北极参考方向;canny算子在识别仿真与测试子午线偏振方位角(90-x,90+x)边缘信息效果显著;x取1-8时利用霍夫变换获取的子午线信息误差在2度以内,为利用天空偏振图像导航奠定基础。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN96;TP391.41
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 国内外相关工作研究背景与意义
    1.2 本文主要研究思路与内容
2 东海海域天空偏振模式的研究
    2.1 天空偏振光模式理论模型
    2.2 东海海域偏振模式仿真
    2.3 东海海域天空偏振模式测试及分析
    2.4 不稳定环境对测试的影响分析
    2.5 本章小结
3 天空偏振模式中的偏振度图补偿方法
    3.1 测试天空偏振度的影响因素
        3.1.1 不同光圈对获取偏振模式图像的影响
        3.1.2 不同曝光时间对偏振模式的影响
    3.2 偏振度图的补偿原理及测试
    3.3 本章小结
4 天空偏振方位角图获取子午线的仿真与测试
    4.1 利用天空偏振方位角图获取子午线的原理及仿真
    4.2 天空偏振模式图像北极方向的获取方法
        4.2.1 偏振模式中的定位基准的选择
        4.2.2 北极星在图像中的获取
        4.2.3 偏振方位角分布与子午线位置分析
    4.3 偏振方位角的边缘检测方法
        4.3.1 四种算子对仿真偏振方位角区域的边缘检测分析
        4.3.2 四种算子对测试偏振方位角区域的边缘检测
    4.4 基于霍夫变换提取太阳子午线及误差分析
        4.4.1 天空偏振方位角的边界直线与对称性分析
        4.4.2 霍夫变换原理与测试
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

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本文编号：2857998