仿生复眼光学偏振传感器及其大气偏振E矢量检测应用

大气光学偏振模式中包含了丰富的方向和位置信息,通过有效提取和利用大气偏振模式信息,可以实现一种全新概念的自主导航定位方式。E-矢量是其偏振信息中最为关键和最为稳定的参数,仿照昆虫的导航偏振敏感机理,设计了一种仿生复眼光学偏振传感器;根据昆虫的POL-神经元的信号处理方式,推导出传感器输出信号数学处理方法;对传感器进行了测试实验并在不同天气下对大气偏振模式中E-矢量方向进行检测。通过对晴朗无云的天气大气偏振模式进行检测,偏振E-矢量平均误差为0.467 52°。对大气E-矢量的检测表明仿生复眼光学偏振传感器能够实现对大气偏振模式的准确检测,为偏振光导航这一自主导航系统发展奠定了基础。

基于ZEMAX的仿生DRA复眼阵列的仿真与分析

昆虫DRA区域复眼阵列可以接收天空偏振光,并将包含其中的偏振信息提取出来,使昆虫复眼具备导航的功能;根据生物解剖学得出的DRA复眼阵列结构,提出一种采用MEMS工艺制作的简化阵列结构,其体积小、质量轻、视角大,通过拼合可以实现180°天空区域的偏振信息的完整获取;并在ZEMAX中建立了DRA复眼阵列模型,通过仿真分析得出此DRA复眼阵列模型采用的材料及结构合理,可以用来检测天空光偏振分布模式(E-矢量分布模式)。

基于大气偏振光的载体姿态参数提取方法

大气偏振模式是地球自有属性,可为大气层内的生物和载体提供导航信息。提出一种利用大气偏振模式矢量性特征获取载体姿态参数的直接方法,首先利用图像法从单反相机获取的180°全天域灰度图中重建出大气偏振模式,然后对该模式进程进行分析和处理,确定出天空每个测量点的E-矢量信息,接着利用这些E-矢量建立载体的姿态变换矩阵,最后引入奇异值分解的经典方法最小化误差函数,获取到载体的姿态参数。该方法的有效性通过模拟飞行器控制台得以验证,最大解算偏差不超过0.5°。