本文關(guān)鍵詞：基于偏振光的仿生自主定位方法的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學技術(shù)大學》 2015年

基于偏振光的仿生自主定位方法的研究

程珍  

【摘要】：導航定位技術(shù)是隨著人類政治、經(jīng)濟、文化不斷發(fā)展出現(xiàn)的研究領(lǐng)域,其關(guān)鍵技術(shù)涉及到電子信息技術(shù)、計算機科學、圖像處理技術(shù)、檢測技術(shù)等眾多學科的前沿研究領(lǐng)域。 作為最常用定位手段的GPS,雖然有著不可比擬的優(yōu)勢,但GPS這種依賴導航衛(wèi)星的特性,導致一旦衛(wèi)星失效、GPS信號被干擾被欺騙等情況出現(xiàn),載體就會失去其導航定位信息；作為最常用的自主導航定位手段的慣性導航系統(tǒng)和天文導航系統(tǒng),雖然抗干擾能力強,但慣性導航在長時間運行后有累積誤差,且只能獲取相對于初始點的相對位置而不能獲得絕對位置；天文導航則有計算量大、設(shè)備復雜,大氣層內(nèi)的星光強度在白晝較為微弱,不太適合大氣層內(nèi)低空飛行器和陸用車輛完成導航任務(wù)等缺點。 研究發(fā)現(xiàn),很多昆蟲都能夠利用大氣的偏振信息進行導航。然而,由于偏振光導航傳感器只能獲取天空偏振光的偏振角和偏振度,將偏振角作為路徑積分的方向信息進行導航,或者作為GPS、慣性導航組合導航系統(tǒng)的一部分,因此并不能獨立自主的獲取載體的地理位置信息。 針對目前仿生偏振光導航定位技術(shù)的缺點,同時又能克服GPS對衛(wèi)星的依賴、慣性導航系統(tǒng)的累積誤差、天文導航不適合低空和陸地使用的缺點,本文在利用天頂偏振方位角的基礎(chǔ)上,結(jié)合載體的航向信息和太陽與地球的相對位置關(guān)系,提出了一種基于偏振光的仿生定位方法。具體的研究內(nèi)容如下： 1)對導航定位技術(shù)的歷史、非自主導航定位技術(shù)和自主導航定位技術(shù)的工作原理和研究現(xiàn)狀做了詳細的總結(jié)。對沙蟻利用天空偏振光信息進行導航的生物學機理、以及仿生偏振光導航定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了深入的歸納和闡述。了解了仿生偏振光定位面臨的問題和難點。 2)提出了一種基于偏振光的仿生定位方法。該方法利用天頂大氣偏振方位角信息、載體航向信息和地球太陽相對位置關(guān)系進行定位,獲得相對可靠的地理位置信息。 3)針對這種基于偏振光的仿生定位方法,提出了定位誤差的數(shù)學模型并進行了相應(yīng)的誤差分析。根據(jù)該數(shù)學模型,針對在不同影響因素條件下對定位誤差進行了仿真實驗和結(jié)果分析。 4)利用實驗室已有的實驗儀器組合搭建了基于偏振光的仿生定位系統(tǒng)的實驗平臺,對該定位方法進行了實驗驗證。實驗平臺通過實驗室自主設(shè)計的三相機天空偏振角測量模塊采集實驗平臺天頂?shù)拇髿馄窆夥轿唤�、OCTANS INS獲取航向信息和天文歷獲取太陽赤緯和均時差來解算實驗平臺的經(jīng)緯度。 戶外實驗驗證了該定位方法的可行性和有效性,并根據(jù)實驗結(jié)果總結(jié)了目前該仿生自主定位方法的優(yōu)勢和不足,也為進一步的研究指明了方向。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O43;P228.4
【目錄】：

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