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提出一种利用大气偏振模式稳定性分布的特征提取飞行器俯仰角和滚转角的方法。从刻画大气光学传输特性的Rayleigh散射理论出发,建立了天空偏振光分布的理论和实测两种模式。利用优化算法,从偏振信息中提取导航用天空特征点-太阳空间位置,利用太阳和天顶固定的时空关系,获取天顶点位置信息。利用天顶点坐标建立姿态变换矩阵,解算俯仰角和滚转角大小。通过模拟飞行器控制台实测两种偏振模式数据验证了方法的有效性。