一种PFAC模型的四象限偏振光导航传感器设计与实验研究

摘要

仿生偏振光导航是一种基于地球自然属性的自主导航方法,其稳定性好、抗干扰能力强,是一般导航方式的重要补充。人们模仿沙蚁等生物POL-神经元的信号处理机制设计了偏振光导航传感器,本文针对现有传感器存在的问题与不足,提出了一种PFAC(POL-Full Angle Calculation)偏振光测角模型,设计了四象限偏振光导航传感器,并利用该传感器开展了实验研究,论文研究工作在仿生导航方面具有广阔的应用前景。　　本文的主要工作如下:　　(1)在仿沙蚁POL-神经元模型的基础上,提出了一种利用3个偏振信息接收通道和1个非偏振信息接收通道进行偏振光测角的PFAC模型,该模型解决了偏振光测角的角度歧义性问题,扩展了测角值域范围,消除了现有模型中存在的正交性误差。　　(2)利用PFAC模型设计了偏振光导航传感器,选用四象限探测器作为光电转换器件,并采用多路分时复用的方法进行信号处理,改善了各通道间器件差异导致的传感器测角误差。　　(3)针对设计的偏振光导航传感器完成了静态与动态的标定,不同环境下的精度测试以及静止与运动状态下的导航方向角获取实验,实验表明传感器具有稳定的角度输出,理想条件下的测角误差不超过0.2°,即使在恶劣条件下测角误差也不超过0.5°。　　(4)利用设计的传感器研究了生物偏振光导航中的“紫外悖论”问题,分析了不同光谱对偏振光测角的影响,用实验的手段证明了云层较厚时选择紫外波段进行偏振光测角的优势。

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第一章 绪 论

1.1 课题来源与背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究工作与内容安排

1.4 本章小结

第二章 仿生偏振光导航机理概述

2.1 大气偏振模式

2.2 偏振光导航传感器的仿生机理

2.3 传统 POL-神经元模型的信号处理方法

2.4 传统偏振光导航传感器存在的问题

2.5 本章小结

第三章 一种PFAC模型的四象限偏振光导航传感器

3.1 PFAC模型的数学描述

3.2 利用 PFAC模型解决偏振测角的角度歧义性问题

3.3 四象限 PFAC模型偏振光传感器的设计

3.4 本章小结

第四章 PFAC传感器的测试与实验分析

4.1 传感器的标定实验

4.2 传感器的测试实验

4.3 利用传感器的导航方向角获取实验

4.4 本章小结

第五章 光谱对偏振光导航传感器的影响研究

5.1 生物偏振光导航的紫外悖论

5.2 不同光谱下的传感器测角实验

5.3 光谱对传感器测角的影响分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

研究生期间主要科研工作与成果