偏振光传感器样机的设计和机器人上的验证为导航技术开辟了一片新天地,然而偏振光在三维空间的导航目前还处于初步探索阶段。本文以偏振光在三维空间上的导航应用需求为背景,设计并搭建了基于偏振光的无人机导航实验平台和导航仿真平台：导航实验平台旨在为偏振光传感器提供完整的空中导航性能测试,以及偏振光组合导航算法的后期实际验证；导航仿真平台旨在为偏振光组合导航算法的研究提供各种机载传感器数据源,以及偏振光组合导航算法的前期仿真验证。两平台相辅相成、互为补充,共同为偏振光导航在三维空间的测试及应用奠定基础。本文分析了天空中偏振光的分布规律及仿沙蚁结构的偏振光传感器机理；讨论了偏振光传感器在二维机器人和三维无人机的导航原理；推导了机载偏振光传感器数据仿真原理,为后续导航平台的搭建提供了理论支撑。在基于偏振光的无人机导航实验平台方面。本文首先分别完成了导航实验平台的总体结构设计、硬件设计、导航算法设计及控制算法设计；然后在导航实验平台设计的基础上,完成了导航实验平台的软硬件搭建；最后对导航实验平台进行了飞行实验,证明了导航实验平台具有较好的导航性能,并且能够完成偏振光传感器数据的采集任务。在基于偏振光的无人机导航仿真平台方面。本文首先构建了导航仿真平台的总体结构；然后利用Aerospace和Aerosim工具箱搭建了无人机模型、飞行环境模型、机载传感器数据仿真模型等关键模块；最后通过捷联惯导数据仿真和机载偏振光传感器数据仿真对仿真平台进行了测试,证明了仿真偏振光方位角能够很好的模拟实测数据,设计的导航仿真平台能够应用于偏振光三维组合导航算法的研究。