仿生光羅盤是一種通過借鑒動物視覺器官感知太陽偏振光信息(包括月光)的機(jī)理來獲得載體航向信息的航向傳感器。首先介紹了面向多光譜的像素化的偏振芯片結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計準(zhǔn)則,給出了一種易于集成和小型化的仿生光羅盤總體設(shè)計方案,并對仿生光羅盤的主要誤差源進(jìn)行了分析;隨后,提出了一種基于天空偏振圖像解算載體航向的新方法,并對其環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了初步分析;最后,對仿生光羅盤樣機(jī)進(jìn)行了靜態(tài)實驗和車載實驗,在晴朗天空背景下仿生光羅盤的定向精度優(yōu)于0.5°。

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【部分圖文】：

圖1偏振光成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

偏振光成像系統(tǒng)是仿生偏振光羅盤的核心部件,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,由鏡頭、像素化偏振芯片和后端電路組成。像素化偏振芯片在CCD/CMOS的每一個像元上刻蝕金屬光柵,實現(xiàn)光柵與感光芯片的一體化集成,它包含若干個偏振測量單元,每個測量單元包含0°、45°、90°和135°這4個偏振方向。1....

圖2金屬光柵示意圖

如圖2所示,以金屬表面法線和入射光所在平面為入射面,入射光的電矢量可以分解為垂直于入射面的分量(TE波)和平行于入射面的分量(TM波)。TE波激發(fā)金屬線電子形成電流,使得該入射光分量被反射,而金屬在TM波方向上有空氣間隙無法引發(fā)電流,因此透射光僅包含TM波。在金屬材料和光柵面型的....

圖3二維對稱性的測量

如圖3所示,φ(x,y)為天空偏振角模式,假設(shè)φ(x,y)關(guān)于t軸對稱,且t軸相對于x軸有ξ角度的旋轉(zhuǎn)。則有如下變換關(guān)系當(dāng)φ(t,s)=φ(t,-s)時,圖像為軸對稱;當(dāng)φ(t,s)=-φ(t,-s)時,圖像為反軸對稱。針對提取太陽子午線這個問題,由瑞利散射模型可知偏振角模式服從....

圖4光羅盤傾斜前后入射光E矢量

eQl=ΟQl→×ΟSl→(10)光羅盤傾斜時,測量得到的偏振E矢量不再是天頂入射光的,不能用來表示航向角的變化。假設(shè)光羅盤的滾動角和俯仰角分別為Δδ和Δθ,坐標(biāo)系O-XcYcZc表示光羅盤傾斜后的坐標(biāo)系,其中Zc為羅盤傾斜后的光軸方向,與天球交....

本文編號：4000934