仿生导航技术综述

仿生导航技术是一种模仿动物导航机理的新型导航技术,涉及认知科学、机器学习、计算机视觉和信息融合等多个学科。仿生导航因具有自主性好、自适应性强等特点,近年来成为了导航领域的研究热点之一。首先阐述了仿生导航的内涵,然后从仿生导航传感器技术和仿生导航方法两个方面简要介绍了国内外研究现状和发展趋势。其中,仿生导航传感器技术包括了仿生光罗盘、仿生磁罗盘、仿生复眼等内容;仿生导航方法主要涉及导航经验知识的表达与机器学习、仿生多源异质导航信息融合、面向任务的仿生路径规划与导航等。最后,对仿生导航技术进行了总结,并对未来发展进行了展望。

基于像素化偏振芯片的仿生偏振光罗盘技术

仿生光罗盘是一种通过借鉴动物视觉器官感知太阳偏振光信息(包括月光)的机理来获得载体航向信息的航向传感器。首先介绍了面向多光谱的像素化的偏振芯片结构参数化设计准则,给出了一种易于集成和小型化的仿生光罗盘总体设计方案,并对仿生光罗盘的主要误差源进行了分析;随后,提出了一种基于天空偏振图像解算载体航向的新方法,并对其环境适应性进行了初步分析;最后,对仿生光罗盘样机进行了静态实验和车载实验,在晴朗天空背景下仿生光罗盘的定向精度优于0.5°。

一种仿生偏振罗盘信号处理方法的研究

太阳光在大气层传输的过程中,由于大气散射作用就形成了包含重要导航信息的大气偏振模式,很多昆虫能够利用大气偏振模式来获取罗盘方向。根据昆虫检测天空偏振光和译码偏振信息的生物机理,研究了一种模拟昆虫偏振敏感神经元的网络模型。该网络模型采用简单的数学运算,对仿生偏振罗盘检测的偏振信息进行处理。仿真结果表明:该信号处理方法能够准确地获取罗盘方向。

面向地面无人平台的仿生偏振光定向算法

仿生偏振光定向为地面无人平台提供了一种新型的低成本、小型化定向方式。设计了一种基于微阵列式偏振光栅的仿生光罗盘,实现了一种加权平均的偏振光定向算法,分析了大气偏振模式误差、太阳位置误差、偏振光传感器误差和水平姿态角误差等因素对航向角估计精度的影响。实验结果表明,动态车载条件下定向误差小于0.5°。

基于局部大气偏振特性的仿生导航方法

目前主流的偏振导航算法中,思路通常为通过对全天域偏振图像的获取拟合出太阳子午线或中性点的位置,进而判断导航方向。现提出一种新的导航方向获取算法,可在小视场条件下,通过对太阳方向矢量的拟合判断导航方向。在此基础上进行了计算机仿真和室外实验,利用偏振相机获取了天顶区域大气偏振分布模式;利用斯托克斯矢量分析法解算出了大气偏振模式的分布情况,包括其中偏振度和偏振角的信息,初步证实了解算算法在实际情况下的可行性和精度,导航精度可达到0.2°左右。