本发明属于仿生偏振光导航领域，公开了复杂环境下基于大气偏振角模式的航向角估计方法。首先，利用图像式的偏振光传感器测量大气的偏振角模式；其次，根据天文年历计算太阳天顶角和太阳方位角；再次，根据一阶瑞利散射模型，在载体系下建立太阳子午线方向关于偏振角和太阳天顶角的表达式，基于投票机制估计最优的太阳子午线方向；最后，根据太阳方位角和最优的太阳子午线方向求解载体航向角。本发明在不增加硬件结构的条件下，充分利用了偏振角模式、太阳方位角和太阳天顶角，在天空受到云层、建筑物和树叶等遮挡条件下，运用投票机制有效地解决了载体航向角的估计问题，具有原理简单、估计精度高、鲁棒性好的优点。