仿生偏振导航作为天文导航的一种,具有完全自主、不易受干扰和无时间积累误差等优势,在国内外引起广泛关注。现有的成像式偏振导航传感器通常使用工业相机和线偏振片组合检测天空偏振光,需要使用至少三个成像模块才能解算天空的偏振信息,设备复杂、实时性较差且各模块间不可避免的存在装配误差,限制了其应用场景。为了解决成像式偏振导航传感器设备结构复杂、实时处理能力差等问题,本文设计了一种基于成像原理的集成化偏振光导航传感器。首先在CMOS图像传感器表面集成了含有四个不同方向偏振化单元的双层金属纳米光栅,实现单个成像模块检测多方向的偏振光,极大的减小了传感器的整体尺寸,且各偏振化单元之间相对角度精确,没有分立器件带来的装配误差。然后设计了以STM32F767系列微控制器为核心的传感器硬件系统,该系统集成度高,具有实时处理能力。最后编写了运行在传感器上的嵌入式软件,实现偏振信息图像采集与偏振方位角实时解算输出等功能。在室内理想偏振光环境下对集成化偏振导航传感器光学性能进行了校正,标定后传感器的测角误差不超过±0.1°。为了消除室外环境中随机遮挡对传感器造成的影响,加入了一种可以工作在不同环境光下的自适应鲁棒性算法,在室外静态实验中传感器测角误差不超过±0.4°。最后将传感器安装在地面机器人上进行了动态导航实验,地面机器人可以依靠传感器提供的航向信息沿着预定轨迹移动。本文设计的集成化偏振导航传感器鲁棒性好、集成度高、尺寸小,适合应用在无人机、地面机器人等对尺寸重量要求较高的载具上。