Impact of sensor tilt on bio-inspired polarized skylight orientation determination

LIANG Hua-ju; BAI Hong-yang; ZHOU Tong; SHEN Kai

doi:10.37188/OPE.20212905.1024

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Impact of sensor tilt on bio-inspired polarized skylight orientation determination

Modern Applied Optics | 更新时间：2026-09-11

- Impact of sensor tilt on bio-inspired polarized skylight orientation determination
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 5, Pages: 1024-1042(2021)
- 作者机构：
  
  1.南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京 210094
  2.南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094
  3.北京理工大学自动化学院，北京 100081
- 作者简介：
  
  E-mail： hongyang@njust.edu.cn
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212905.1024
  CLC： TN29
- Received：31 July 2020，
  
  Revised：2020-09-01，
  
  Published：15 May 2021
- 稿件说明：
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梁华驹,白宏阳,周同等.传感器倾斜对于偏振光航向解算的影响[J].光学精密工程,2021,29(05):1024-1042.

LIANG Hua-ju,BAI Hong-yang,ZHOU Tong,et al.Impact of sensor tilt on bio-inspired polarized skylight orientation determination[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1024-1042.
梁华驹,白宏阳,周同等.传感器倾斜对于偏振光航向解算的影响[J].光学精密工程,2021,29(05):1024-1042. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1024.

LIANG Hua-ju,BAI Hong-yang,ZHOU Tong,et al.Impact of sensor tilt on bio-inspired polarized skylight orientation determination[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1024-1042. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1024.

摘要

昆虫利用偏振光获取航向，经典的偏振光航向角解算方法都需要偏振光传感器指向天顶点。针对这一问题，设计了基于太阳位置模型、瑞利天空模型和虚拟偏振传感器的偏振光航向解算仿真系统，详细研究了4种典型的基于偏振光的航向解算方法在仅俯仰倾斜、仅滚转倾斜、俯仰和滚转倾斜条件下的误差特性。最后，仿真和实验均表明，4种典型方法在受到倾斜干扰时，其航向解算误差具有一致性的规律性，而且解算误差不仅受倾角的影响，还受太阳高度角，太阳与偏振传感器相对位置的影响。本文的结果不仅可以用于量化估计传感器倾斜所引起的航向角解算误差，还可用于补偿修正传感器倾斜导致的航向角解算误差。

Abstract

Inspired by many insects， several polarized skylight orientation determination approaches have been proposed. However， almost all of these approaches always require polarization sensors pointing to the zenith of the sky dome. Therefore， the influence of sensor tilts （not pointing to the sky zenith） on bio-inspired polarization orientation determination needs to be analyzed urgently. Aiming at solving this problem， a polarization compass simulation system is designed based on a solar position model， the Rayleigh sky model， and a hypothetical polarization imager. Then， the error characteristics of four typical orientation determination approaches are investigated in detail under the pitch tilt condition， roll tilt condition， and both pitch and roll tilt conditions. Finally， simulations and field experiments indicate that the orientation errors of the four typical approaches are highly consistent when they are subjected to tilt interference； the errors are affected by not only the degree of inclination but also the solar altitude angle and the relative position between the Sun and polarization sensor. The results of this study can be used to estimate the orientation determination error caused by sensor tilts and correct this type of error.

关键词

Keywords

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