本文以微陣列式光羅盤為研究對(duì)象,重點(diǎn)從微陣列式納米光柵參數(shù)設(shè)計(jì),到偏振片加工工藝誤差,再到仿生偏振光定向算法誤差這幾個(gè)層次進(jìn)行誤差鏈分析與建模,并開展了實(shí)驗(yàn)測(cè)試與驗(yàn)證。主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:（1）基于馬呂斯定律推導(dǎo)了微陣列式光羅盤原理樣機(jī)的偏振測(cè)量方程,推導(dǎo)了基于最小二乘估計(jì)的偏振態(tài)解算方法,并且利用偏振光傳感器對(duì)天空和地面目標(biāo)分別進(jìn)行測(cè)量,解算偏振態(tài)圖像,驗(yàn)證偏振態(tài)解算方程的正確性;介紹了基于最優(yōu)估計(jì)的太陽方向矢量計(jì)算方法,進(jìn)行航向解算,結(jié)果表明在晴朗天氣條件下可以得到較精確的航向信息。（2）對(duì)微陣列式光羅盤參數(shù)設(shè)計(jì)以及加工誤差進(jìn)行分析和建模,利用光學(xué)仿真軟件對(duì)陣列式光柵的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行仿真分析,綜合分析線柵周期、占空比、寬度、深度以及隔離層厚度對(duì)光柵參數(shù)性能的影響;推導(dǎo)了對(duì)CCD感光性能線性誤差以及CCD芯片與微陣列式光柵的安裝誤差角的標(biāo)定方法,在積分球標(biāo)準(zhǔn)光源下對(duì)偏振光傳感器進(jìn)行了性能測(cè)試,得到了有實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值的結(jié)論。（3）提出了一種基于偏振光圖像利用加權(quán)平均的方法進(jìn)行航向角解算方法,以此為基礎(chǔ),推導(dǎo)了偏振測(cè)量誤差、太陽位置誤差等對(duì)定向精度的影響情況,進(jìn)行了仿真分析;在... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

POL神經(jīng)元模型

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第18頁現(xiàn)較為穩(wěn)定，從而進(jìn)一步說明了在多云條件下也可利用天空偏振模式進(jìn)行定向，只是需要進(jìn)行進(jìn)一步可用信息的提取工作。2.3.2.2地面場(chǎng)景偏振圖像由偏振的成因可知，在目標(biāo)物體反射自然光，會(huì)引發(fā)偏振現(xiàn)象，使得反射光中含有偏振信息，可以對(duì)其進(jìn)行分析，進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，去霧等處理。為了驗(yàn)證偏振光羅盤時(shí)候能滿足類似的功能，也進(jìn)行了實(shí)際拍攝，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。以典型車輛場(chǎng)景為例進(jìn)行說明：（a）原始圖像（b）恢復(fù)光強(qiáng)信息的圖像（c）偏振度圖像（d）偏振角圖像圖2.7實(shí)際場(chǎng)景的偏振信息本次實(shí)驗(yàn)采集了35組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)有5張圖片，分別對(duì)其進(jìn)行偏振態(tài)解算。圖2.7（a）為實(shí)驗(yàn)采集到的原始圖像，圖像中包括亮度信息以及偏振信息，每四個(gè)偏振測(cè)量像素點(diǎn)即可計(jì)算出一個(gè)偏振測(cè)量單元對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)信息，詳細(xì)的計(jì)算方法在2.3.1小節(jié)有說明。對(duì)于原始圖像每四個(gè)像素點(diǎn)的光強(qiáng)信息恢復(fù)出原始場(chǎng)景的光強(qiáng)信息，利用公式22221234IIIII，原始光強(qiáng)信息如圖2.7（b）所示，可見圖像中目標(biāo)物體的對(duì)比度有所提高，但是由于分辨率減半，圖像顯得模糊不清。

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第27頁在衡量相機(jī)的線性參數(shù)標(biāo)定結(jié)果時(shí)，若線性相關(guān)系數(shù)j越接近于1，則表明線性度越強(qiáng)，標(biāo)定結(jié)果越準(zhǔn)確。由于每個(gè)相機(jī)含有多個(gè)像素點(diǎn)，可采用像素點(diǎn)百分比的指標(biāo)衡量整體的標(biāo)定結(jié)果，此方法可實(shí)現(xiàn)高精度線性參數(shù)標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果如圖3.8所示，圖3.8（a）為納米金屬光柵結(jié)構(gòu)示意圖，圖3.8（b）為標(biāo)定前相鄰四個(gè)像素對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)隨相位的改變，圖3.8（c）為標(biāo)定后的對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)曲線。圖3.8偏振成像單元非均勻誤差補(bǔ)償3.2.2CCD芯片與納米光柵對(duì)準(zhǔn)誤差首先將微陣列式光羅盤固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，將其放置在由偏振片和積分球光源組成的標(biāo)準(zhǔn)偏振光源下，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行多次測(cè)量，并且讀取轉(zhuǎn)臺(tái)上的數(shù)值，作為參考轉(zhuǎn)動(dòng)角度；然后根據(jù)不同旋轉(zhuǎn)位置時(shí)傳感器的測(cè)量結(jié)果，按照偏振測(cè)量方程計(jì)算相應(yīng)的偏振角變化角度，則參考轉(zhuǎn)動(dòng)角度與傳感器測(cè)量的變化角度之間的誤差為：kk00kr（3.6）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]天空偏振模式對(duì)仿生偏振光定向的影響及實(shí)驗(yàn)[J]. 范晨,胡小平,何曉峰,練軍想,王玉杰.  光學(xué)精密工程. 2015(09)
[2]基于偏振成像技術(shù)的空間大氣偏振模式分布獲取[J]. 張楠,王飛,劉俊,王晨光,李大林,任建斌,薛晨陽,唐軍.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2015(09)
[3]仿生偏振光定向算法及誤差分析[J]. 王玉杰,胡小平,練軍想,先治文.  宇航學(xué)報(bào). 2015(02)
[4]基于偏振成像的方位角度解算算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J]. 盧皓,趙開春,尤政,王曉初.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(11)
[5]仿生復(fù)眼光學(xué)偏振傳感器及其大氣偏振E矢量檢測(cè)應(yīng)用[J]. 丁宇凱,唐軍,王飛,王晨光,翟超,曹衛(wèi)達(dá),周智君,趙鵬飛,劉俊.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2013(12)
[6]天空光偏振模式自動(dòng)探測(cè)裝置[J]. 趙開春,盧皓,尤政.  光學(xué)精密工程. 2013(02)
[7]沙塵氣溶膠粒子群的散射和偏振特性[J]. 郝增周,龔芳,潘德爐,黃海清.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2012(01)
[8]仿生POL神經(jīng)元的偏振光導(dǎo)航傳感器研究[J]. 范寧生,張旭東,范之國,王昕.  傳感器與微系統(tǒng). 2011(09)
[9]全天空測(cè)云技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 高太長,劉磊,趙世軍,孫學(xué)金,劉劍.  應(yīng)用氣象學(xué)報(bào). 2010(01)
[10]基于自然偏振光的自主導(dǎo)航新方法研究進(jìn)展[J]. 周軍,劉瑩瑩.  宇航學(xué)報(bào). 2009(02)

碩士論文
[1]地氣系統(tǒng)中太陽光偏振輻射傳輸特性研究[D]. 嚴(yán)海波.合肥工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3231507