利用大气偏振模式“∞”字形分布特征获取太阳位置信息的方法研究

摘要

基于自然偏振特性的仿生偏振光导航是一种被动、无源的自主导航方法，较大范围内很难受到人为因素干扰，特别适合在弱/无卫星信号下进行自主导航，因此，对不依赖于卫星信号环境下的自主导航具有重大意义。针对仿生偏振光导航中如何获取太阳位置信息的问题，本文提出了两种利用大气偏振模式“∞”字形分布特征求解太阳位置信息的方法。开展了外场实验研究，实现了利用大气偏振模式信息获取太阳位置。
　　主要研究工作包括:
　　(1)针对如何利用大气偏振模式获取太阳位置问题，提出了一种基于遗传算法和梯度算法相结合的混合遗传算法（简称GA-GD算法）的大气偏振模式获取太阳位置方法，将太阳位置的求解转变为全局寻优问题，利用遗传算法进行全局寻优，快速定位，再结合梯度算法进行局部寻优，精确求解，实现了利用大气偏振模式“∞”字形分布特征获取太阳位置;
　　(2)针对目前获取太阳位置方法均通过对非线性函数方程组求解，导致迭代时间长，求解精度不高等问题，提出了一种基于大气偏振模式线性拟合求解太阳位置方法，通过建立的线性拟合模型，将非线性方程组转变为对线性方程组求解，实现了线性拟合求解太阳位置，使得太阳位置的获取精度大幅提高;
　　(3)开展了外场实验研究，采集不同时间下的大气偏振模式数据，实验结果表明，GA-GD算法的太阳方位角和天顶角误差均小于1度;线性拟合法的太阳方位角误差小于0.1度，太阳天顶角误差小于0.3度。两种方法对比实验结果表明，线性拟合法较GA-GD算法在求解精度、复杂度和求解时间上都具有更大优势。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 大气偏振模式研究现状

1．2．2 太阳位置获取方法研究现状

1．3 主要内容与章节安排

1．4 本章小结

第二章 大气偏振模式基本理论及“∞”字形特征表征

2．1 大气散射概述

2．2．1 大气偏振模式形成

2．2．2 Rayleigh散射模型与仿真

2．3 大气偏振模式的“∞”字形特征表征

2．4 利用大气偏振模式获取太阳位置方法

2．5 本章小结

第三章 基于GA-GD算法的太阳位置获取方法

3．1．1 遗传算法概述

3．1．2 梯度算法概述

3．2 GA-GD算法获取太阳位置

3．3 仿真实验与分析

3．4 实测实验与分析

3．4．1 大气偏振模式获取与数据处理

3．4．2 GA-GD算法实测试验与结果分析

3．5 本章小结

第四章 基于大气偏振模式线性拟合求解太阳位置方法

4．1 线性建模背景问题

4．2 线性拟合求解太阳位置建模

4．2．1 线性拟合太阳方位角建模

4．2．2 线性拟合太阳天顶角建模

4．3 仿真实验与分析

4．4 实测实验与分析

4．5 两种方法实验对比及结果分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况