一种通过测量天空偏振光分布实现导航的高精度偏振光导航仪，包括：结构相同的第一偏振光镜筒、第二偏振光镜筒、第三偏振光镜筒和第四偏振光镜筒构成的偏振光接收系统；在该偏振光接收系统的输出方向顺次是光束转折器件、偏振调制系统和光电探测器阵列，该光电探测器阵列之后再依次连接锁相放大电路、对数放大电路、数据采集卡和计算机。光电探测器阵列将接收到的两路偏振光信号转换成电信号，经对数放大电路和锁相放大电路送到计算机中进行信号处理，实现运动物体的导航。本发明具有系统结构简单、可靠性好、导航精度高等特点。适用于船舶、飞机、车辆与机器人等交通工具和运动物体的实时导航。