CN106767751A - 阵列式偏振导航传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阵列式偏振导航传感器，主要由光学镜头结构、光电检测模块和信息解算电路组成；所述光学镜头结构包括滤光片槽、偏振片槽和光路通道；光学镜头结构具有三个偏振片槽，用于指示偏振片安装方向；在光路通道下方连接着通道，光电检测模块为安装有三片CMOS传感器的电路板，通过固定螺丝与光学镜头结构固连；光电检测模块通过接插件传输信号到信息解算电路，用以解算导航信息，本发明主要用于解决现有偏振导航传感器采样点少、对天空偏振信息利用不充分的问题，具有精度高、集成度高、性能可靠的优点。

Description

阵列式偏振导航传感器
技术领域
本发明涉及一种偏振导航传感器，涉及一种阵列式偏振导航传感器设计，可应用于无人机、车辆、船舰等运载体的导航，提高导航系统的精度、自主性。
背景技术
科学家发现自然界中沙蚁等生物可以利用大气偏振分布模式中蕴含的丰富导航信息，实现导航定位。偏振光导航作为一种新兴仿生导航方法，具有无源、无辐射、自主性强的优点，受到了科学家的广泛重视。偏振光导航可广泛应用于无人机、车辆、船舰等运载体的导航，有效提高运载体的导航系统的自主性、可靠性。研制高精度的偏振导航传感器，准确采集天空偏振信息，是实现偏振光导航的必要前提。
目前偏振传感器主要是基于沙蚁复眼结构的光电模型，将偏振光强信号转化为电信号，进而计算出导航信息。三通道偏振导航敏感器，专利号20130380079.0，设计一种三通道偏振传感器，采用光电二极管作为光敏芯片，点源式传感器采样点少，空间分辨率较低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，设计一种阵列式偏振导航传感器，采用高消光比的偏振片作为检偏器，发挥CMOS图像传感器感光面积大、灵敏度高的优点，充分利用天空偏振信息，提高传感器测角精度。
本发明的技术方案是：阵列式偏振导航传感器，主要由光学镜头结构(1)、光电检测模块(8)和信息解算电路(9)组成；所述光学镜头结构(1)包括滤光片槽(2)、偏振片槽(4)和光路通道(6)等组成；光学镜头结构具有三个偏振片槽(4)，每个偏振片槽边各有指示槽(3)一个，如图3所示，分别为第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)，选择第一指示槽(31)为参考方向，则第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)与参考方向分别相差0°，60°，120°，用于指示偏振片安装方向；在光路通道(6)下方连接着通道(7)，保证通过偏振片入射到CMOS模块上的光不受外界杂光干扰；将蓝色滤光片放置滤光片槽(2)中，通过固定三个螺丝(5)使蓝色滤光片与镜头结构(1)固连；偏振片放置在偏振片槽(4)中，并在偏振片和偏振片槽(4)之间放置缓冲固定胶圈固定偏振片(7)；光电检测模块(8)为安装有三片CMOS传感器的电路板，通过固定螺丝(10)与光学镜头结构(1)固连；光电检测模块(8)通过接插件(11)传输信号到信息解算电路(9)，用以解算导航信息。光电检测模块(8)所采用的光电检测芯片为输出灰度图像的CMOS图像传感器，具有全局快门(Globalshutter)，是一种可以通过两线串行接口(I2C)控制的数字图像芯片。
本发明与现有技术相比的优点在于：该偏振传感器设计三个偏振片槽安置偏振片，在每个偏振片槽边有用于角度指示槽，并在每个偏振片槽的下侧开有光路通道，光电检测模块集成有三片CMOS图像传感器，与光学镜头结构配合，然后通过接插件传输信号到信息解算电路。采用高消光比的偏振片，通过偏振片得到三路相位分别与参考方向分别相差0°，60°，120°的偏振光，入射到光路通道下的光电检测模块，减小外界杂光干扰，有效的减小了偏振传感器的尺寸，光电检测模块采用CMOS图像传感器，感光面积大、灵敏度高，有效地减小光电检测模块对偏振信息测量结果的影响，提高了偏振传感器的测量精度。本发明尺寸直径仅为4.8cm，体积小，集成度高，有利于小型无人机搭载。
附图说明
图1为本发明的结构剖面图；
图2为本发明光学镜头结构示意图；
图3为本发明光学镜头结构俯视图。
具体实施方式
如图1、2所示，阵列式偏振导航传感器主要由光学镜头结构(1)、光电检测模块(8)和信息解算电路(9)组成；所述光学镜头结构(1)包括滤光片槽(2)、偏振片槽(4)和光路通道(6)等组成；光学镜头结构具有三个偏振片槽(4)，每个偏振片槽边各有一个槽(3)，如图3所示，分别命名为第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)，选择第一指示槽31为参考方向，则第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)与参考方向分别相差0°，60°，120°，用于指示偏振片安装方向；在光路通道(6)下方连接着通道(7)，保证通过偏振片入射到CMOS模块上的光不受外界杂光干扰；将蓝色滤光片放置滤光片槽(2)中，通过固定三个螺丝(5)使滤光片与镜头结构(1)固连；偏振片放置在偏振片槽(4)中，并在偏振片和偏振片槽(4)之间放置缓冲固定胶圈固定偏振片(7)；光电检测模块(8)为安装有三片CMOS传感器的电路板，通过固定螺丝(10)与光学镜头结构(1)固连；光电检测模块(8)通过接插件(11)传输信号到信息解算电路(9)，用以解算导航信息。光电检测模块(8)所采用的光电检测芯片为输出灰度图像的CMOS图像传感器，具有全局快门(Global shutter)，是一种可以通过两线串行接口(I2C)控制的数字图像芯片。
如图3所示，光学镜头结构(1)的偏振片槽(4)，每个偏振片槽边各有一个指示槽(3)，包括第一指示槽31、第二指示槽32和第三指示槽33，选择第一指示槽31为参考方向，第二指示槽32与参考方向成60°夹角，第三指示槽32与参考方向成120°夹角，减小偏振片在安装过程中产生的安装误差。同时，三路偏振光通过光路通道(6)和(7)分别入射到三片CMOS图像传感器上，减小了外界杂光干扰，充分利用CMOS图像传感器空间分辨率高、灵敏度高的优点，有效提高了偏振传感器精度。

Claims (1)

1.一种阵列式偏振导航传感器，其特征在于：由光学镜头结构(1)、光电检测模块(8)和信息解算电路(9)组成；所述光学镜头结构(1)包括滤光片槽(2)、偏振片槽(4)和光路通道(6)；光学镜头结构(1)具有三个偏振片槽(4)，每个偏振片槽边各有一个槽(3)，分别为第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)，选择第一指示槽(31)为参考方向，则第一指示槽(31)、第二指示槽(32)和第三指示槽(33)与参考方向分别相差0°，60°，120°，用于指示偏振片安装方向；在光路通道(6)下方连接着通道(7)，保证通过偏振片入射到CMOS模块上的光不受外界杂光干扰；将蓝色滤光片放置在镜头结构(1)最上方的滤光片槽(2)中，通过固定三个螺丝(5)使蓝色滤光片与镜头结构(1)固连；偏振片放置在偏振片槽(4)中，并在偏振片和偏振片槽(4)之间放置缓冲固定胶圈固定偏振片；在偏振片槽(4)下方有光路通道(6)和通道(7)，使偏振光可以射入到光电检测模块(8)；光电检测模块(8)为安装有三片CMOS传感器的电路板，通过固定螺丝(10)与光学镜头结构(1)固连；光电检测模块(8)通过接插件(11)传输信号到信息解算电路(9)，用以解算导航信息。
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