本文以微阵列式光罗盘为研究对象,重点从微阵列式纳米光栅参数设计,到偏振片加工工艺误差,再到仿生偏振光定向算法误差这几个层次进行误差链分析与建模,并开展了实验测试与验证。主要研究内容包括以下几个方面:(1)基于马吕斯定律推导了微阵列式光罗盘原理样机的偏振测量方程,推导了基于最小二乘估计的偏振态解算方法,并且利用偏振光传感器对天空和地面目标分别进行测量,解算偏振态图像,验证偏振态解算方程的正确性;介绍了基于最优估计的太阳方向矢量计算方法,进行航向解算,结果表明在晴朗天气条件下可以得到较精确的航向信息。(2)对微阵列式光罗盘参数设计以及加工误差进行分析和建模,利用光学仿真软件对阵列式光栅的设计参数进行仿真分析,综合分析线栅周期、占空比、宽度、深度以及隔离层厚度对光栅参数性能的影响;推导了对CCD感光性能线性误差以及CCD芯片与微阵列式光栅的安装误差角的标定方法,在积分球标准光源下对偏振光传感器进行了性能测试,得到了有实际应用参考价值的结论。(3)提出了一种基于偏振光图像利用加权平均的方法进行航向角解算方法,以此为基础,推导了偏振测量误差、太阳位置误差等对定向精度的影响情况,进行了仿真分析;在标准光源下进行了室内定向精度测试,开展了室外静态定向实验,验证算法的精度和可用性;最后开展了室外条件下的车载实验,验证微阵列式光罗盘在动态条件下的定向效果。