CN101769862B - 分布式大气偏振模式检测***及***控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式大气偏振模式检测***，其特征是各大气偏振模式多维检测装置分布在各不同地理环境的地理位置处；以大气偏振模式检测***控制中心控制各大气偏振模式多维检测装置自动完成对于所在地理位置的大气偏振信息数据的采集，并接收大气偏振模式多维检测装置采集的原始大气偏振信息数据，在大气偏振模式检测***控制中心通过数据处理获得多地理环境的大气偏振信息数据；各中继装置保存其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置的通信地址作为路径信息，并在位于其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置与大气偏振模式检测***控制中心之间进行信号的中继转发。本发明无需值守，能同时获取多种地理环境下的大气偏振模式信息。

Description

分布式大气偏振模式检测***及***控制方法

技术领域

本发明属于智能信息获取和仿生机器人导航技术领域，特别涉及一种仿生偏振光自主导航中的分布式大气偏振模式检测***及***控制方法。

背景技术

太阳光是一种自然光，在其进入地球大气的传播过程中，由于大气中粒子的散射和反射，产生偏振光。同时，地面物质的反射也会改变太阳光的偏振特性。具有不同偏振方向，不同偏振强度的太阳光，便形成了特定的大气偏振模式。大气偏振模式信息主要包括大气偏振度、偏振化方向等参数信息。大气偏振模式和地理位置、太阳位置、大气环境、天气情况，以及与地形和地面环境有着密切的联系，其规律非常复杂。自然界中，沙蚁(Cataglyphis)依赖其复眼中特殊的偏振敏感结构来感受自然界中的偏振光，从而提供准确的罗盘方向，能够到远处大范围寻找食物并沿着几乎接近直线的路线返回它们的巢穴。这种特殊的导航方法，对研究仿生机器人导航具有深远的指导意义，具有十分重要的应用前景。要实现利用大气偏振模式完成自主导航任务，首先必须建立大气偏振模式的实际模型，而大气偏振模式和地理位置、太阳位置、大气环境、天气情况，以及与地形和地面环境有着密切的联系，故大气偏振模式实际模型的建立需要快速有效获取大量大气偏振模式信息，因而大气偏振模式信息的快速有效检测及大气偏振模式的建立是关键。

本申请人在2009年9月23日提交的申请号为：2009101450480、名称为“大气偏振模式多维检测装置及检测方法”的发明专利申请中，提出了一种结构原理简单、检测效率高、实时性强、一维旋转方式且采用无线通信的大气偏振模式多维检测装置及检测方法，以满足对于大气偏振模式检测的要求。

大气偏振模式和地理位置、太阳位置、大气环境、天气情况，以及与地形和地面环境有着密切的联系，其规律非常复杂。目前包括上述装置在内的针对大气偏振模式信息采集的***都是单一地点采集，其采集过程需要值守，较难完成长时间段采集，难以跟踪由于太阳位置、大气环境、天气情况长时间段变化而引起的大气偏振模式变化；且采集完成后需要较长时间转移，不能同时获取多种地形和地面环境下的大气偏振信息，故无法满足大气偏振模式建模中对大气偏振模式信息检测的实际要求。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种能同时获取多种地理环境下大气偏振信息的分布式大气偏振模式检测***，且该***无需值守，易于完成长时间段采集，可以跟踪由于太阳位置、大气环境、天气情况长时间段变化而引起的大气偏振模式变化，能够满足大气偏振模式检测和建模的要求。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明分布式大气偏振模式检测***的结构特点是***组成包括大气偏振模式检测***控制中心、各中继装置和分布在各不同地理环境的地理位置处的各大气偏振模式多维检测装置；

以所述大气偏振模式检测***控制中心控制各大气偏振模式多维检测装置自动完成对于所在地理位置的大气偏振信息数据的采集，接收所述大气偏振模式多维检测装置采集的原始大气偏振信息数据，在所述大气偏振模式检测***控制中心通过数据处理获得多地理环境的大气偏振信息数据并以数据库进行保存和管理；

所述各中继装置保存其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置的通信地址作为路径信息，各中继装置在位于其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置与大气偏振模式检测***控制中心之间进行信号的中继转发，以中继装置修改自身所保存的路径信息进行路径选择以及对于由中继装置划分的网络结构进行动态调整。

本发明分布式大气偏振模式检测***的特点也在于：

在所述大气偏振模式检测***控制中心设置PC机，所述PC机包括具有人机交互界面的主控制模块、通信管理模块、数据处理模块、数据库模块和图形化显示模块；以所述PC机中通信管理模块与大气偏振模式检测***控制中心的无线通信模块相连接；所述PC机中数据处理模块在接收由所述各大气偏振模式多维检测装置采集的原始大气偏振信息数据后，经数据处理获得多地理环境的大气偏振信息数据；所述大气偏振模式检测***控制中心是以其无线通信模块与各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置进行无线通信。

所述中继装置具有作为中继装置控制中心的MCU单片机C、无线通信模块C、提供***时间的实时时钟C、存储路径信息和中继装置运行数据的数据存储模块C、供用户输入命令和进行***状态液晶显示的人机交互模块C、电源模块C和USB接口C；以所述中继装置中无线通信模块C在大气偏振模式检测***控制中心和本中继区域中的各大气偏振模式多维检测装置之间进行无线通信；以所述中继装置中的USB接口C与大气偏振模式检测***控制中心进行有线连接；

所述中继装置保存其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置的通信地址作为路径信息，提供其中继区域内大气偏振模式多维检测装置与大气偏振模式检测***控制中心的信号中继转发路径，所述中继装置检查收到的每一帧数据，如果数据帧目的地址在本中继装置中继区域内或为广播地址，源地址为大气偏振模式检测***控制中心地址，则转发该数据帧；如果数据帧目的地址为大气偏振模式检测***控制中心地址，源地址为本中继装置中继区域内地址，则转发该数据帧；如果数据帧目的地址为本地地址，则该数据帧为控制帧，执行该数据帧中的控制命令；如果为其它情况，则忽略该数据帧。

所述大气偏振模式多维检测装置的结构设置包括：

一组大气偏振信息检测传感器(401)，用于大气偏振信息检测；

一光强测试模块(402)，具有光强检测装置、用于光强信号检测；

一多维检测平台(403)，具有扇形传感器安装架(501)、柱形连杆(502)、底座(503)和数据采集模块安装台(504)，所述扇形传感器安装架(501)设置为悬臂结构，悬臂的一端水平固定在柱形连杆(502)的顶部，悬臂在水平方向上伸展，伸展的悬臂按整体呈扇形每间隔相同的中心角Φ折弯呈各折面，固定设置在扇形传感器安装架上的各传感器包括处在柱形连杆顶部中心位置上的中心传感器和处在扇形传感器安装架各折面上沿同一轴线排布的各侧部传感器；

一数据采集模块(406)，用于接收用户控制模块(405)的同步信息和控制命令，实现大气偏振信息的采集与传输，所述数据采集模块包括有MCU单片机A、数据采样模块、数据存储模块A、数字罗盘、实时时钟A、无线通信模块A、USB接口A和电源模块A；以所述MCU单片机A作为数据采集模块(406)的控制中心；所述数据采样模块用于对模拟信号进行数字采样；所述数字罗盘用于提供多维检测平台(403)的起始方位角；以所述实时时钟A提供***时间；所述无线通信模块A用于保持与用户控制模块(405)以及与大气偏振模式检测***控制中心之间的无线通信；以所述USB接口A与大气偏振模式检测***控制中心进行有线连接；所述电源模块A由双路供电的电源电路组成，用于提供数据采集模块(406)的电源管理与分配；

一用户控制模块(405)，控制水平旋转台(404)带动多维检测平台(403)的水平旋转；控制所述数据采集模块(406)实现大气偏振信息检测传感器(401)的数字采样和处理，同时采集由光强测试模块(402)记录的光强信息；控制用户输入的监测和***状态的液晶显示，以及与所述大气偏振模式检测***控制中心的数据传输，包括有MCU单片机B、步进电机驱动器、无线通信模块B、人机交互模块B和电源模块B；以所述MCU单片机B作为用户控制模块(405)的控制中心；所述步进电机驱动器用于驱动步进电机带动水平旋转台(404)的旋转；所述无线通信模块B用于保持与数据采集模块(406)以及与大气偏振模式检测***控制中心之间的无线通信；所述人机交互模块B用于用户输入命令和***状态的液晶显示；所述电源模块B提供用户控制模块(405)的电源管理与分配。

本发明分布式大气偏振模式检测***的***控制方法的特点是按如下过程进行：

a、用户启动所述大气偏振模式检测***控制中心，发送唤醒命令唤醒中继装置和大气偏振模式多维检测装置，并检查与各个中继装置和大气偏振模式多维检测装置间的通信是否正常，以及计算通信延迟；

b、用户控制大气偏振模式检测***控制中心选择大气偏振模式多维检测装置，设置采集方式和相应设置信息，发送开始采集命令；中继装置根据其存储的路径信息自动决定是否转发其收到的数据帧；

c、收到开始采集命令的大气偏振模式多维检测装置存储大气偏振模式检测***控制中心发送的采集方式和相应设置信息，返回确认信息，然后开始采集大气偏振模式信息；

d、大气偏振模式多维检测装置采集结束，发送采集结束信息给大气偏振模式检测***控制中心；

e、所有大气偏振模式多维检测装置均采集结束后，用户控制大气偏振模式检测***控制中心发送接收数据命令逐一接收各大气偏振模式多维检测装置的采集数据；

f、大气偏振模式检测***控制中心控制数据处理模块自动处理接收到的采集数据；

g、用户可以选择是否将本次采集的数据保存在数据库中，也可以启动图形化显示模块，以图形化方式查看保存在数据库中的数据，还可以启动数据库模块，查看和管理保存在数据库中的数据；

h、大气偏振模式检测***控制中心发送休眠命令，所有中继装置和大气偏振模式多维检测装置进入休眠节电状态，最后大气偏振模式检测***控制中心关闭。

本发明是以大气偏振模式检测***控制中心、中继装置和大气偏振模式多维检测装置组成完整的分布式大气偏振模式检测***。以大气偏振模式检测***控制中心控制***运行，并处理和保存采集的大气偏振信息数据；中继装置提供无线信号的转发路径，用于使本分布式大气偏振模式检测***能够覆盖较大范围的地域，进行***网络结构划分和路径选择，以及执行大气偏振模式检测***控制中心针对中继装置的控制命令，对网络结构进行动态调整；大气偏振模式多维检测装置接受大气偏振模式检测***控制中心的控制，采集其所在地点的大气偏振信息，并将采集的数据回传给大气偏振模式检测***控制中心。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明实现了同时对多种地理环境下的大气偏振模式信息的检测，提高了检测数据的可比性与有效性

本发明在多个地点放置大气偏振模式多维检测装置，以一个大气偏振模式检测大气偏振模式检测***控制中心控制大气偏振信息大气偏振模式多维检测装置群的工作，大气偏振模式检测大气偏振模式检测***控制中心可以通过通信网络广播的控制方式使得多个大气偏振模式多维检测装置同时工作，从而能够获取不同地点同一时刻的大气偏振信息，进而获得多种地理环境下的大气偏振模式信息。而现有检测设备是采用分时检测方法，由于大气偏振模式是随时间变化而变化的，因此本发明的同时检测提高了检测数据的可比性与有效性，检测结果更加真实可靠。

2、本发明分布式大气偏振模式检测***多地理位置采集无需专人值守，易于完成长时间段采集，可以跟踪由于太阳位置、大气环境、天气情况长时间段变化而引起的大气偏振模式变化

在多处地理位置进行采集时，只需在采集地点放置大气偏振模式多维检测装置，用户操作大气偏振模式检测***控制中心通过无线通信网络控制所有中继装置和大气偏振模式多维检测装置，即可实现对多个地点的大气偏振信息的采集和处理，故各处地理位置无需专人值守，易于完成长时间段采集，可以跟踪由于太阳位置、大气环境、天气情况长时间段变化而引起的大气偏振模式变化。

3、本发明通过中继装置覆盖较大地域和实现灵活的网络控制

由中继装置提供无线信号的转发路径，用于使本基于无线网络的大气偏振模式检测***能够覆盖较大范围的地域，进行子网划分和路径选择，实现灵活的网络控制机制，以及执行大气偏振模式检测***控制中心针对中继装置的修改路径信息的控制命令，对网络结构进行动态调整。

4、本发明通过大气偏振模式多维检测装置可以实现部分以及全天域的大气偏振模式信息的检测

本发明有多路在垂直方向上成一设定间隔放置的大气偏振信息检测传感器，每路检测传感器实现所对应的部分天空区域的大气偏振模式信息检测，多维检测平台的旋转实现了0度到60度范围内的有效视角的全天域的大气偏振信息的检测。

5、本发明的通信网络可以采用无线通信方式，降低***成本，增强可用性

本发明采用无线通信网络方式，避免了铺设通信线路的问题，增强了***的灵活性和易用性，并减少了由于通信线路而引起的故障。

附图说明

图1为本发明分布式大气偏振模式检测***结构框图；

图2为本发明大气偏振模式检测***控制中心组成框图；

图3为本发明中继装置组成框图；

图4为本发明大气偏振模式多维检测装置示意图；

图5为本发明多维检测平台示意图；

图6为本发明大气偏振模式多维检测装置组成框图；

图7为本发明用户控制模块组成框图；

图8为本发明数据采集模块组成框图；

图9为本发明分布式大气偏振模式检测***控制流程；

图10为本发明中继装置控制流程；

图11为本发明大气偏振信息采集控制流程；

图12为本发明大气偏振信息数据传输控制流程；

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，是分布式大气偏振模式检测***结构框图。本实施例中分布式大气偏振模式检测***组成包括大气偏振模式检测***控制中心、各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置，各大气偏振模式多维检测装置分布在各不同地理环境的地理位置处。大气偏振模式检测***控制中心、各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置之间通过无线通信实现控制和数据传输功能。

以大气偏振模式检测***控制中心控制各大气偏振模式多维检测装置自动完成对于所在地理位置的大气偏振信息数据的采集，接收大气偏振模式多维检测装置采集的原始大气偏振信息数据，在大气偏振模式检测***控制中心通过数据处理获得多地理环境的大气偏振信息数据并以数据库进行保存和管理。

各中继装置保存其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置的通信地址作为路径信息，各中继装置在位于其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置与大气偏振模式检测***控制中心之间进行信号的中继转发，以中继装置修改自身所保存的路径信息来实现其路径选择以及对于由中继装置划分的网络结构进行动态调整。

参见图2，是大气偏振模式检测***控制中心组成框图。大气偏振模式检测***控制中心设置包括有具有人机交互界面的主控制模块、通信管理模块、数据处理模块、数据库模块和图形化显示模块的PC机，以所述PC机中通信管理模块与大气偏振模式检测***控制中心的无线通信模块相连接。主控制模块具有人机交互界面，供用户设置和控制整个大气偏振模式检测***；通信管理模块控制无线通信模块，保证和各中继装置、各大气偏振模式多维检测装置之间的正常通信；数据处理模块在接收由各大气偏振模式多维检测装置采集的原始大气偏振信息数据后，经数据处理获得多地理环境的大气偏振信息数据；数据库模块保存原始设置数据、原始大气偏振信息数据和处理后的数据，提供人机交互界面对数据进行管理并从中提取出有用的大气偏振信息；图形化显示模块将数据以图形化的方式显示出来，给用户提供一个直观的印象，帮助用户得到大气偏振模式信息；大气偏振模式检测***控制中心以其无线通信模块与各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置进行无线通信。

数据库基于SQL Server 2000，其设计如下所示：

Information表：

详细信息

数据流水编号

日期时间

网络地址

地点

地理位置

天气

字段名

sn

date_time

net_addr

place

geo_position

weather

类型

char

datetime

int

tinyint

char

tinyint

长度

24B

8B

4B

1B

12B

1B

续Information表：

详细信息

地理信息

水平步长

水平行程

水平转速

电机旋转方向

起始方向

字段名

surface

step_length

total_step

speed

motor_direction

direction

类型

tinyint

tinyint

tinyint

tinyint

tinyint

char

长度

1B

1B

1B

1B

1B

8B

其中sn为主码。天气信息包括晴空万里、有云但基本晴朗、云基本覆盖了天空、云全部覆盖天空，地理信息包括城市、乡村、原野、水域，以上信息编码后存入数据库，用户还可以方便地自定义相应信息和编码。

Data表：

详细信息

data记录编号，主键

数据流水编号

传感器编号

水平步编号

环境光强

数据A，1号采集通道电压

数据B，2号采集通道电压

数据C，偏振角PolAngel

数据D，偏振度PolDegree

字段名

data_sn

sn

sensor_num

step_num

light

dataA

dataB

dataC

dataD

类型

cnar

char

tinyint

tinyint

float

float

float

float

float

长度

24B

24B

1B

1B

8B

8B

8B

8B

8B

其中，data_sn为主码，sn为外码。

本发明中，大气偏振模式检测***控制中心、各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置都有一个唯一的地址，用于保证相互之间的通信；广播地址为一特定地址，在大气偏振模式检测***控制中心发送广播数据帧时，目的地址为广播地址，所有中继装置和大气偏振模式多维检测装置都需要处理该广播数据帧。大气偏振模式检测***控制中心、各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置之间的通信数据帧格式如下所示：

帧同步

目的地址

源地址

帧类型

帧号

帧长

数据

校验

大气偏振模式检测***控制中心、各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置之间的通信数据帧有如下几种：

(1)Start：大气偏振模式检测***控制中心通知大气偏振模式多维检测装置开始采集大气偏振信息。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

START

Init_Data

CRC32

其中，0x7E为帧同步，DA为目的地址，SA为源地址，00为帧类型，NUM为帧号，LEN为帧长，CRC32为CRC32校验码，START＝0x01为命令字，Init_Data包含控制、采集方式、天气、日期时间等信息。

(2)Ack：中继装置或大气偏振模式多维检测装置应答。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

ACK

Information

CRC32

其中，ACK＝0x08为命令字，Information为保留字。

(3)Done：大气偏振模式多维检测装置完成采集大气偏振信息。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

DONE

Information

CRC32

其中，DONE＝0x09为命令字，Information为保留字。

(4)Resend：大气偏振模式检测***控制中心、中继装置或大气偏振模式多维检测装置要求通信对方重传。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

RESEND

Resend_NUM

CRC32

其中，RESEND＝0x04为命令字，Resend_Num为要求对方重发的数据帧号。

(5)Receive：大气偏振模式检测***控制中心要求接收采集数据。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

RECEIVE

Start_Position

End_Position

CRC32

其中，RECEIVE＝0x02为命令字，Start_Position为要求接收采集数据的起始地址，End_Position为要求接收采集数据的结束地址。

(6)Error：中继装置或大气偏振模式多维检测装置运行出错。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

ERROR

Error_Code

CRC32

其中，ERROR＝0x05为命令字，Error_Code为错误代码。

(7)Data：大气偏振模式多维检测装置发送采集数据。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

DATA

Data

CRC32

其中，DATA＝0x06为命令字，Data表示采集数据。

(8)Wakeup：大气偏振模式检测***控制中心唤醒中继装置或大气偏振模式多维检测装置。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

WAKEUP

Information

CRC32

其中，WAKEUP＝0x10为命令字，Information为保留字。

(9)Sleep：大气偏振模式检测***控制中心命令中继装置或大气偏振模式多维检测装置进入睡眠节电状态。该帧格式为：

ox7E

DA

SA

0x00

NUM

LEN

SLEEP

Information

CRC32

其中，SLEEP＝0x11为命令字，Information为保留字。

此外，通信数据帧还可以根据实际应用随时扩充，从而满足实际应用需要。

参见图3，是中继装置组成框图。中继装置具有作为中继装置控制中心的MCU单片机C、无线通信模块C、提供***时间的实时时钟C、存储路径信息和中继装置运行数据的数据存储模块C、供用户输入命令和进行***状态液晶显示的人机交互模块C、电源模块C和USB接口C；以无线通信模块C在大气偏振模式检测***控制中心和本中继区域中的各大气偏振模式多维检测装置之间进行无线通信；以USB接口C与大气偏振模式检测***控制中心进行有线连接，实现数据传输和通信功能。

以中继装置提供其中继区域内大气偏振模式多维检测装置与大气偏振模式检测***控制中心的信号中继转发路径，中继装置检查收到的每一帧数据，根据路径信息判断该帧数据源地址是否为本中继装置地址或隶属本中继装置的中继区域范围，从而判断是否转发其收到的数据帧或执行相应的指令。

参见图4和图6，分别是大气偏振模式多维检测装置示意图和装置组成框图。大气偏振模式多维检测装置用于采集其所在地点的大气偏振信息，包括大气偏振信息检测传感器401、光强测试模块402、多维检测平台403、水平旋转台404、用户控制模块405、数据采集模块406。

大气偏振信息检测传感器401具有两组偏振信息检测单元，两组偏振信息检测单元中设置的偏振片起始偏振化方向具有固定角度差60°，且在传感器的受光面上安装紫外干涉滤光片，只允许大气偏振光信息中的紫外波段光进入偏振光传输通道，以增强传感器信号的稳定性与抗干扰能力；大气偏振信息检测传感器401对天空的感光视角α设置为15°，对应15°锥范围的天空区域的大气偏振信息。

光强测试模块402是环境光强度感应和记录中心，具有光强检测装置，实时记录检测环境光强，用于检测数据的比较和分析。

图5所示为多维检测平台403，多维检测平台403是装置的主体支架结构，具有扇形传感器安装架501、柱形连杆502、底座503和数据采集模块安装台504，扇形传感器安装架501设置为悬臂结构，悬臂的一端水平固定在柱形连杆502的顶部，悬臂在水平方向上伸展，伸展的悬臂按整体呈扇形每间隔15°折弯，固定设置在扇形传感器安装架上的各传感器包括处在柱形连杆顶部中心位置上的中心传感器和处在扇形传感器安装架各折面上沿同一轴线分布的四路侧部传感器，用以获得60°检测区域中的大气偏振信息的无缝采集。多维检测平台403中扇形传感器安装架501采用5毫米优质钢板，柱形连杆502选用直径为5厘米的钢管，底座503选用10厘米厚的铸铁，用以保证装置坚固平稳的同时最大限度的降低自身重量，提高检测装置的可靠性。

水平旋转台404从多维检测平台403中底座503下方中心嵌入其中，内部通过精密齿轮相连，包括高精度步进电机、齿轮传动旋转装置；所述步进电机与齿轮传动旋转装置紧密衔接，将步进电机垂直方向的旋转转换为柱形连杆502水平方向的旋转，进而带动扇形传感器安装架501水平旋转；齿轮传动旋转装置周围均匀设置0°到360°的精准刻度，允许直接读出扇形传感器安装架501所转过的实际角度，用以与检测结果直接进行对比。

图7所示是用户控制模块框图。用户控制模块405包括MCU单片机B、步进电机驱动器、无线通信模块B、人机交互模块B和电源模块B；其中，MCU单片机B是用户控制模块405的控制中心；步进电机驱动器用于驱动步进电机带动水平旋转台404的旋转；无线通信模块B具有超小型、低功耗、无线收发一体的特点，用于保持与数据采集模块406以及计算机之间的无线通信；人机交互模块B用于用户输入命令和***状态的液晶显示；电源模块B提供用户控制模块405的电源管理与分配。

图8所示为数据采集模块框图。数据采集模块406包括MCU单片机A、数据采样模块、数据存储模块A、数字罗盘、实时时钟A、无线通信模块A、USB接口A和电源模块A；其中，MCU单片机A是数据采集模块406的控制中心；数据采样模块用于对模拟信号进行数字采样；数据存储模块A，用于存储检测状态记录和采样得到的大气偏振信息检测数据；数字罗盘用于提供多维检测平台403的起始方位角，使多维检测平台403在任意位置都可以开始检测实验，提高了检测***的灵活性，简化了检测程序，使检测实验更加方便；实时时钟A用于提供***时间；无线通信模块A采用与无线通信模块B同样的装置，用于保持与用户控制模块405以及与计算机之间的无线通信；USB接口A用于与计算机进行有线连接，实现数据传输和通信功能；电源模块A由双路供电的电源电路组成，两路电源互为备份，在其中一路意外掉电情况下，单片机***立刻启动备份电源，使得检测数据不丢失。

大气偏振信息检测传感器401完成空间偏振信息的检测与转换，由数据采集模块406采集并按照点偏振信息获取数据处理方法的公式进行计算，得到相应区域的偏振信息，偏振信息获取数据处理方法的公式是：

其中，φ为偏振化方向角或太阳方位角、d为偏振度、P₁(φ)和P₂(φ)是大气偏振信息检测传感器401中两组偏振信息检测单元同步输出信号的采样数据，

和

由P₁(φ)和P₂(φ)利用S型函数 $\stackrel{\‾}{P}\left(\mathrm{\φ}\right)=\frac{1}{{10}^{P\left(\mathrm{\φ}\right)}+1}$ 进行去对数处理后得到。

大气偏振模式多维检测装置的检测方法，以多维检测平台403进行水平旋转，采集水平旋转过程中以扫描的方式获得的各区域偏振信息。

参见图9，是分布式大气偏振模式检测***控制流程，如下所示：

1、用户启动大气偏振模式检测***控制中心，大气偏振模式检测***控制中心发送Wakeup数据帧唤醒各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置，中继装置和大气偏振模式多维检测装置接收到Wakeup数据帧后，发送Ack数据帧，大气偏振模式检测***控制中心通过这一过程检查与各个中继装置和大气偏振模式多维检测装置的通信是否正常以及计算通信延迟，并在界面上显示相应信息；

2、用户控制大气偏振模式检测***控制中心输入控制、采集方式、天气、日期时间等信息，并选择大气偏振模式多维检测装置，然后点击发送键发送Start数据帧给用户选择的采集节点，Start数据帧包含控制、采集方式、天气、日期时间等信息；

3、收到Start数据帧的大气偏振模式多维检测装置首先存储大气偏振模式检测***控制中心发送的控制、采集方式、天气和日期时间等信息，然后发送Ack数据帧给大气偏振模式检测***控制中心以示确认，接着采用大气偏振模式检测***控制中心发送的采集方式的设置开始采集大气偏振信息；

4、大气偏振模式多维检测装置采集结束，发送Done数据帧给大气偏振模式检测***控制中心；

5、所有大气偏振模式多维检测装置均采集结束后，用户逐一选择相应大气偏振模式多维检测装置，点击“接收采集数据”按键，大气偏振模式检测***控制中心对该大气偏振模式多维检测装置发送Receive数据帧接收其采集数据，大气偏振模式多维检测装置根据Receive数据帧的控制信息发送Data数据帧传输对应的采集数据；

6、大气偏振模式检测***控制中心控制数据处理模块自动处理接收到的采集数据，具体包括比较大气偏振模式多维检测装置发送的信息是否符合大气偏振模式检测***控制中心发送的相关设置信息，判断本次采集数据是否有效，使用前述偏振信息获取数据处理方法的公式处理采集数据，组合设置信息数据、原始采集数据和处理后的数据得到本次采集的数据；

7、用户通过大气偏振模式检测***控制中心提供的人机交互界面管理本次采集的数据：通过点击“保存数据”按键将本次采集的数据保存到数据库中；选择某一大气偏振模式多维检测装置后，点击“显示曲线图”按键以图形化(曲线图)的方式查看本次采集的数据；点击“数据库”按键访问数据库，查看历史数据，分析综合信息；

8、用户关闭大气偏振模式检测***控制中心时，大气偏振模式检测***控制中心首先对各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置发送Sleep数据帧，各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置接收到Sleep数据帧后，发送Ack数据帧，然后进入休眠节电状态，大气偏振模式检测***控制中心接收到全部Ack数据帧或通信超时后显示相关信息，最后大气偏振模式检测***控制中心关闭。

参见图10，是中继装置控制流程。中继装置启动监听，如果接收到一个正确的数据帧，则检查该数据帧的源地址和目的地址，如果数据帧目的地址在本中继装置中继区域内或为广播地址，源地址为大气偏振模式检测***控制中心地址，则转发该数据帧；如果数据帧目的地址为大气偏振模式检测***控制中心地址，源地址为本中继装置中继区域内地址，则转发该数据帧；如果数据帧目的地址为本地地址，则该数据帧为控制帧，执行该数据帧中的控制命令；如果为其它情况，则忽略该数据帧。

参见图11，是大气偏振信息采集控制流程。初始化完成后，大气偏振模式检测***控制中心首先发送Start命令，然后启动监听进程开始监听。如果收到Resend数据帧或监听超时，则判断重发次数是否大于设定值，如果重发次数不大于设定值，则重发并重新监听，如果重发次数大于设定值，则返回错误信息；如果收到Error数据帧，则返回错误信息；如果收到Ack数据帧，表示大气偏振模式多维检测装置开始采集数据，大气偏振模式检测***控制中心继续监听，如果收到Done数据帧，则返回成功信息，如果超时，则返回错误信息。

参见图12，是大气偏振信息数据传输控制流程。初始化完成后，大气偏振模式检测***控制中心首先发送Receive命令，然后启动监听进程开始监听。如果收到Resend数据帧或监听超时，则判断重发次数是否大于设定值，如果重发次数不大于设定值，则重发并重新监听，如果重发次数大于设定值，则返回错误信息；如果收到Error数据帧，则返回错误信息；如果收到Data数据帧，则保存采集数据，并判断是否接收完毕，如果接收完毕则返回成功信息，否则修改数据计数器，然后发送Receive命令接收下一个数据帧。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的分布式大气偏振模式检测***及***控制方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种分布式大气偏振模式检测***，其特征是***组成包括大气偏振模式检测***控制中心、各中继装置和分布在各不同地理环境的地理位置处的各大气偏振模式多维检测装置；

以所述大气偏振模式检测***控制中心控制各大气偏振模式多维检测装置自动完成对于所在地理位置的大气偏振信息数据的采集，接收所述大气偏振模式多维检测装置采集的原始大气偏振信息数据，在所述大气偏振模式检测***控制中心通过数据处理获得多地理环境的大气偏振信息数据并以数据库进行保存和管理；

所述各中继装置保存其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置的通信地址作为路径信息，各中继装置在位于其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置与大气偏振模式检测***控制中心之间进行信号的中继转发，以中继装置修改自身所保存的路径信息进行路径选择以及对于由中继装置划分的网络结构进行动态调整；

在所述大气偏振模式检测***控制中心设置PC机，所述PC机包括具有人机交互界面的主控制模块、通信管理模块、数据处理模块、数据库模块和图形化显示模块；以所述PC机中通信管理模块与大气偏振模式检测***控制中心的无线通信模块相连接；所述PC机中数据处理模块在接收由所述各大气偏振模式多维检测装置采集的原始大气偏振信息数据后，经数据处理获得多地理环境的大气偏振信息数据；所述大气偏振模式检测***控制中心是以其无线通信模块与各中继装置和各大气偏振模式多维检测装置进行无线通信；

所述中继装置具有作为中继装置控制中心的MCU单片机C、无线通信模块C、提供***时间的实时时钟C、存储路径信息和中继装置运行数据的数据存储模块C、供用户输入命令和进行***状态液晶显示的人机交互模块C、电源模块C和USB接口C；以所述中继装置中无线通信模块C在大气偏振模式检测***控制中心和本中继区域中的各大气偏振模式多维检测装置之间进行无线通信；以所述中继装置中的USB接口C与大气偏振模式检测***控制中心进行有线连接；

所述中继装置保存其中继区域内的各大气偏振模式多维检测装置的通信地址作为路径信息，提供其中继区域内大气偏振模式多维检测装置与大气偏振模式检测***控制中心的信号中继转发路径，所述中继装置检查收到的每一帧数据，如果数据帧目的地址在本中继装置中继区域内或为广播地址，源地址为大气偏振模式检测***控制中心地址，则转发该数据帧；如果数据帧目的地址为大气偏振模式检测***控制中心地址，源地址为本中继装置中继区域内地址，则转发该数据帧；如果数据帧目的地址为本地地址，则该数据帧为控制帧，执行该数据帧中的控制命令；如果为其它情况，则忽略该数据帧；

所述大气偏振模式多维检测装置的结构设置包括：

一组大气偏振信息检测传感器(401)，用于大气偏振信息检测；

一光强测试模块(402)，具有光强检测装置、用于光强信号检测；

一多维检测平台(403)，具有扇形传感器安装架(501)、柱形连杆(502)、底座(503)和数据采集模块安装台(504)，所述扇形传感器安装架(501)设置为悬臂结构，悬臂的一端水平固定在柱形连杆(502)的顶部，悬臂在水平方向上伸展，伸展的悬臂按整体呈扇形每间隔相同的中心角Φ折弯呈各折面，固定设置在扇形传感器安装架上的一组大气偏振信息检测传感器包括处在柱形连杆顶部中心位置上的中心传感器和处在扇形传感器安装架各折面上沿同一轴线排布的各侧部传感器；

一数据采集模块(406)，用于接收用户控制模块(405)的同步信息和控制命令，实现大气偏振信息的采集与传输，所述数据采集模块包括有MCU单片机A、数据采样模块、数据存储模块A、数字罗盘、实时时钟A、无线通信模块A、USB接口A和电源模块A；以所述MCU单片机A作为数据采集模块(406)的控制中心；所述数据采样模块用于对模拟信号进行数字采样；所述数字罗盘用于提供多维检测平台(403)的起始方位角；以所述实时时钟A提供***时间；所述无线通信模块A用于保持与用户控制模块(405)以及与大气偏振模式检测***控制中心之间的无线通信；以所述USB接口A与大气偏振模式检测***控制中心进行有线连接；所述电源模块A由双路供电的电源电路组成，用于提供数据采集模块(406)的电源管理与分配；

一用户控制模块(405)，控制水平旋转台(404)带动多维检测平台(403)的水平旋转；控制所述数据采集模块(406)实现大气偏振信息检测传感器(401)的数字采样和处理，且数据采集模块(406)同时还采集由光强测试模块(402)记录的光强信息；控制用户输入的监测和***状态的液晶显示，以及与所述大气偏振模式检测***控制中心的数据传输，包括有MCU单片机B、步进电机驱动器、无线通信模块B、人机交互模块B和电源模块B；以所述MCU单片机B作为用户控制模块(405)的控制中心；所述步进电机驱动器用于驱动步进电机带动水平旋转台(404)的旋转；所述无线通信模块B用于保持与数据采集模块(406)以及与大气偏振模式检测***控制中心之间的无线通信；所述人机交互模块B用于用户输入命令和***状态的液晶显示；所述电源模块B提供用户控制模块(405)的电源管理与分配。

2.一种权利要求1的所述分布式大气偏振模式检测***的***控制方法，其特征是按如下过程进行：

a、用户启动所述大气偏振模式检测***控制中心，发送唤醒命令唤醒中继装置和大气偏振模式多维检测装置，并检查与各个中继装置和大气偏振模式多维检测装置间的通信是否正常，以及计算通信延迟；

b、用户控制大气偏振模式检测***控制中心选择大气偏振模式多维检测装置，设置采集方式和相应设置信息，发送开始采集命令；中继装置根据其存储的路径信息自动决定是否转发其收到的数据帧；

c、收到开始采集命令的大气偏振模式多维检测装置存储大气偏振模式检测***控制中心发送的采集方式和相应设置信息，返回确认信息，然后开始采集大气偏振模式信息；

d、大气偏振模式多维检测装置采集结束，发送采集结束信息给大气偏振模式检测***控制中心；

e、所有大气偏振模式多维检测装置均采集结束后，用户控制大气偏振模式检测***控制中心发送接收数据命令逐一接收各大气偏振模式多维检测装置的采集数据；

f、大气偏振模式检测***控制中心控制数据处理模块自动处理接收到的采集数据；

g、用户可以选择是否将本次采集的数据保存在数据库中，也可以启动图形化显示模块，以图形化方式查看保存在数据库中的数据，还可以启动数据库模块，查看和管理保存在数据库中的数据；

h、大气偏振模式检测***控制中心发送休眠命令，所有中继装置和大气偏振模式多维检测装置进入休眠节电状态，最后大气偏振模式检测***控制中心关闭。

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