利用大气偏振模式∞字形特征的航向信息获取方法的研究

摘要

仿生偏振光导航方法是一种基于自然偏振特性的自主导航方法，是以沙蚁等生物高度敏感的偏振视觉感知与导航功能为生物基础，以太阳光的自然偏振特性为导航依据，通过对大气偏振模式的检测和演算，实现导航信息的获取。它是一种被动的、无源的自主导航方法，对无卫星信号环境下的自主导航具有重大的意义。针对实测大气偏振模式，提出了一种∞字形特征重构方法，解决了现有方法在多云或者天空被部分遮挡的情况下，无法获得有效的大气偏振模式∞字形特征的问题。在此基础上，提出了一种利用大气偏振模式∞字形特征获取航向角信息的方法，通过∞字形特征获得太阳位置信息，实现由大气偏振模式到航向角信息的获取。此外，开展了不同天气条件、不同波段、天空被遮挡以及不同采样点数量下的实测实验。　　本文的主要研究内容如下：　　(1)在研究大气偏振模式∞字形特征建模的基础上，针对实测大气偏振模式，提出了一种基于最小二乘法的∞字形特征重构方法，解决了现有方法在多云或者天空被部分遮挡的情况下，无法获得有效的大气偏振模式∞字形特征的问题，多种天气下的实测结果表明，重构精度达到了99.98％。　　(2)在解决∞字形特征重构的基础上，提出了一种利用大气偏振模式∞字形特征获取航向角信息的方法，通过对实测大气偏振模式∞字形特征的重构，反演出太阳位置信息，通过建立太阳位置与航向信息的映射，实现从大气偏振模式到航向角信息的获取。　　(3)开展了不同天气条件、不同波段、天空被遮挡以及不同采样点数量下的实测实验，结果表明，太阳方位角的计算误差为0.06，高度角的计算误差为0.08°，并且受天气条件的影响较小。

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 大气偏振模式及其应用现状

1．2．2 偏振光导航方法的研究现状

1．3 主要内容与章节安排

1．4 本章小结

第二章 大气偏振模式的形成及其∞字形特征分析

2．1 大气偏振模式的形成

2．2 大气偏振模式的表征

2．2．1 瑞利散射模型

2．2．2 蒙特卡洛散射模型

2．3 大气偏振模式的∞字形特征分析

2．3．1 大气偏振模式的∞字形特征仿真

2．3．2 大气偏振模式∞字形特征实测

2．4 本章小结

第三章 大气偏振模式∞字形特征的建模与重构

3．1 大气偏振模式∞字形特征的建模

3．2 利用最小二乘法的∞字形特征重构

3．3 实验与分析

3．3．1 多云天气下的∞字形特征重构

3．3．2 遮挡情况下的∞字形特征重构

3．4 本章小结

第四章 利用∞字形特征获取航向信息的方法

4．1 航向信息获取方法的概述

4．2 太阳位置信息获取的仿真实验与分析

4．2．1 不同观测时刻下的仿真实验

4．2．2 不同观测地点下的仿真实验

4．2．3 不同天气下的仿真实验

4．2．4 不同波段的仿真实验

4．3 本章小结

第五章 实测实验与分析

5．1 大气偏振模式的获取与数据处理方法

5．2 实验结果与分析

5．2．1 不同天气条件下的实测实验

5．2．2 天空被遮挡情况下的实测实验

5．2．3 不同采样点数量对计算精度的影响

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况