隨著信息時代的到來,導(dǎo)航技術(shù)在生產(chǎn)生活以及軍事應(yīng)用等各方面扮演著越來越重要的角色。與慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)相比,天文導(dǎo)航具有自主性強、隱蔽性好、無誤差累積、可靠性高等優(yōu)點。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、體積龐大,所以應(yīng)用范圍有限�，F(xiàn)代生物學(xué)家通過實驗發(fā)現(xiàn),蜣螂、沙蟻等昆蟲能夠利用偏振視覺(對天空光偏振方向極其敏感的視覺組織、結(jié)構(gòu)及其相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng))感應(yīng)天空光偏振分布,并通過大腦分析偏振方位來進行運動中的導(dǎo)航定位。這種利用天空光的仿生偏振導(dǎo)航方式受外界環(huán)境干擾更小,且誤差不會隨時間積累,擁有更廣闊的發(fā)展前景。本文模仿昆蟲偏振視覺結(jié)構(gòu),使用商用CMOS圖像傳感器和DSP數(shù)字信號處理芯片,結(jié)合微納加工技術(shù)設(shè)計與開發(fā)了一種全新的成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置,它可以利用特定時間、地點天空光相對穩(wěn)定的偏振分布,計算裝置偏振零度參考線與子午線的夾角,輸出航向角變化信息,具有更好的適應(yīng)性和魯棒性。本文內(nèi)容主要有以下幾個方面：首先,研究天空光偏振分布原理,分析成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置的工作方式,設(shè)計成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置的整體構(gòu)架,搭建成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置的硬件系統(tǒng)。整個系統(tǒng)主要由長焦鏡頭、偏振片或金屬光柵偏振器、圖像傳感器及數(shù)字信號處理器組成。其次,在初步完成成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置搭建的基礎(chǔ)上,設(shè)計和編寫成像式偏振導(dǎo)航裝置內(nèi)部嵌入式系統(tǒng)的工作程序,實現(xiàn)天空光偏振信息采集、圖像數(shù)據(jù)提取、偏振方位角計算以及計算結(jié)果網(wǎng)絡(luò)傳輸。然后,研究成像式仿生偏振導(dǎo)航算法,選擇強度均勻的偏振圖像區(qū)域提取象素值；引入圖像濾波操作；針對微納金屬光柵偏振器,計算微納光柵透射率比值；加入鄰域補償計算,解決過亮或過暗問題；使用六個偏振方向光強度,組成關(guān)于斯托克斯矢量的超限定方程組,求偏振方位角的最小二乘解,提高裝置適應(yīng)性和魯棒性；模擬昆蟲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),定性測量光偏振信息。最后,室內(nèi)、室外不同條件下對成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置的導(dǎo)航性能進行反復(fù)測試,室內(nèi)精度-0.3-+0.5°,室外精度-1.0～+0.5°,驗證成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置偏振導(dǎo)航的可行性,并根據(jù)測試表現(xiàn)不斷修正工作程序中的相關(guān)參數(shù),完善硬件和軟件的設(shè)計方案。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN96
【部分圖文】：

文研宄的成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置，就是依據(jù)蝶螂復(fù)眼的形態(tài)解剖學(xué)、行為學(xué)宄成果，基于二次瑞利散射后天空光相對穩(wěn)定的偏振分布，使用商用ＣＭＯＳ器和ＤＳＰ數(shù)字信號處理芯片，結(jié)合微納加工技術(shù)設(shè)計與^u發(fā)的一種全新的導(dǎo)。它可以使用天空光相對穩(wěn)定偏振分布，計算特定時間、地點裝置零度偏振方向子午線的夾角，輸出航向角變化信息等。逡逑較于傳統(tǒng)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置外形可以更加小巧，重量可便，光敏感性可以更加優(yōu)越、集成度可以更高，受外界環(huán)境干擾可以更小。而組前期研制的點源式仿生偏振導(dǎo)航裝置相比丨成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置可以從集更加豐富的光偏振數(shù)據(jù)，可以工作于多種模式下，具有更加良好的魯棒性和，可以更高精度地輸出導(dǎo)航角度，在滿足實時導(dǎo)航定位的前提下，可進行更加復(fù)期數(shù)據(jù)處理，為仿生偏振光導(dǎo)航裝置的未來發(fā)展提供了一種新的解決方案。逡逑課題來源逡逑“成像式仿生偏振導(dǎo)航裝置的設(shè)計與開發(fā)”屬于偏振光導(dǎo)航裝置設(shè)計與制作研究題來源于國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（９７３計劃）“仿生光導(dǎo)航微納器件的設(shè)計

加了光可獲取的信息量。除了和傳統(tǒng)成像方式一樣可以獲取光強信息外，它還可逡逑偏振度、偏振方位角等更多種類的光信息。早期的裝置采用分時偏振成像（圖逡逑在成像光路中加入偏振器起偏，結(jié)構(gòu)簡單在不同時刻獲取同一景物的不同偏振態(tài)逡逑適用于靜止目標(biāo)的檢測［２〗］。逡逑

時還有一種分孔徑同時偏振成像（圖１．４），景物光被孔徑和偏振光柵陣列分成逡逑振光波，在一個圖像傳感器的焦平面上生成多幅單方向的偏振圖像［２３】。雖然裝置逡逑結(jié)構(gòu)較為簡單，但生成圖像容易存在空間誤差。逡逑—．．逡逑ｎｃｉｊｃｖｒＫｔ邐ＩＩ＾Ｂ＾ｂＳｈ＾Ｋ＾邋■［逡逑Ｉ邋：邋．逡逑、：曍酬逡逑＂Ｊ邋；：逡逑圖１．４分孔徑偏振成像裝置逡逑Ｆｉｇ．邋］邋．４邋Ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｐｅｒｔｕｒｅ邋ｐｏｌａｒｉｚｅｄ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑時也出現(xiàn)了一種基于光譜通道調(diào)制的同時偏振成像（圖１．５），它采用類似頻分逡逑法，利用偏振器件同時產(chǎn)生多個不同頻率的正弦載波，將入射光的各斯托克斯逡逑調(diào)制到不同頻率的載波上，再用計算機數(shù)據(jù)處理的方法對采集到的調(diào)制光譜進逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 晏磊;關(guān)桂霞;陳家斌;吳太夏;邵軒;;基于天空偏振光分布模式的仿生導(dǎo)航定向機理初探[J];北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張方成;部分相干光在湍流大氣中傳輸?shù)钠穸茸兓芯縖D];西安理工大學(xué);2008年

本文編號：2814830