偏振光导航是一种利用太阳光在大气中散射的偏振特性进行导航的技术,通过从大气偏振模式的分布特性中提取导航方位信息,可实现对载体航向、俯仰和滚转三维姿态信息的解算,是自然界中天然的导航方法之一。目前常用的导航技术难以满足日益快速发展的无人飞行器对低成本、低功耗、高精度、抗干扰能力强、自主性高的导航性能的迫切需求。因此,学习生物导航方法,深入研究仿生偏振光导航技术对于火箭、导弹等武器的快速寻北并为惯导提供初始对准的姿态信息,实现武器快速发射及自主导航具有重要的研究意义和军事应用价值。基于上述实际需求,本文根据大气偏振现象及基本理论,建立了全天域的大气偏振模式分布模型,推导了 Stokes矢量表征偏振光的方法,以此为原理设计并搭建了一种四通道大气偏振信息检测系统,通过偏振信息采集实验提取了观测区域的偏振强度场和偏振方向场,验证了大气偏振模式的分布特性。在此基础上,推导了一种采用太阳位置作为导航参考基准的航向解算方法,通过大气偏振模式分别计算出太阳在载体系和地理系中的空间位置,建立姿态变换矩阵方程,从而提取载体的航向信息。同时再建立太阳与天顶固定的时空关系模型,利用太阳位置信息解算出天顶的空间坐标,推导了以天顶作为空间特征点求解载体俯仰、滚转信息的方法,实现了对载体三维姿态信息的提取。然后通过三组实验验证了该算法的精度。最后,设计了一种基于DSP6747+FPGA双核架构的北斗/微惯导紧组合导航系统,并针对低精度的微机电惯性测量单元(MEMS-IMU)零偏大,无法进行自对准这一问题,研究了采用偏振光导航进行初始姿态对准,实现组合导航系统的快速寻北。然后通过地面跑车试验验证了所设计的北斗/微惯导紧组合导航系统具有较高的精度、较强的稳定性和鲁棒性,探究了采用偏振光导航进行初始对准的准确性和可靠性。