《仿生偏振導航定向機理與實驗驗證研究》是依託北京大學，由晏磊擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：仿生偏振導航定向機理與實驗驗證研究
- 項目負責人：晏磊
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
偏振導航是一種利用光的偏振性來確定參考方向的一種自主式導航方式，是自然界中天然導航方法之一。研究表明，很多昆蟲與鳥類都具有偏振視覺系統，它們利用太陽光或月光在大氣中散射的偏振特性進行導航。本課題依據昆蟲偏振導航的機理，首先從大氣散射入手，研究天空偏振光的成因、分布模式及其影響因子，建立天空偏振光分布模型；結合天文導航原理，並借鑑課題組已有研究成果，對現有的偏振導航模型進行修正和驗證，推導出仿生偏振導航的基礎理論公式；在此基礎上建立高精度的偏振導航算法，最終完成偏振導航的測角驗證裝置，並對其進行精度評估和誤差分析。.此研究的開展，使偏振導航可能成為飛行器、運動載體新的導航手段，豐富導航理論與技術，為仿生導航的套用奠定基礎。同時，通過測量水下藍波段的偏振模式圖，結合其他導航手段可以實現水下目標的精確導航。此外，對於海洋資源探測和調查、海底電纜信息探測及水下打撈、水下考古等都具有很高的套用價值。
結題摘要
課題組精誠配合，積極工作，從大氣散射入手，首先研究天空偏振光的成因、分布模式及其影響因子，建立天空偏振光分布模型；然後結合天文導航原理，並借鑑國內外已有的研究成果，對現有的偏振導航模型進行修正和驗證，推導出仿生偏振導航的基礎理論公式；最後在此基礎上完成偏振導航測角試驗平台的設計與實現，並對其測量結果產生的誤差進行了分析。課題組完成了以下幾個方面的工作： 國內首次採用全天空偏振測量方法對天空偏振光在不同條件下的分布進行了測量研究。測量結果表明，天空偏振光的偏振度分布與太陽高度、觀測波段以及天氣條件密切相關。偏振度平均值隨著太陽高度角的增大而減小；多雲狀態下的偏振度平均值較晴朗天空條件下的偏振度平均值小；相同條件下不同波段天空光偏振度分布有差異，晴朗天空的偏振度隨著觀測波長的變長而增大，但在多雲天氣條件下，較長波段的偏振度退偏效應比較明顯。綜合考慮各種因素，認為可見光藍色波段是最適用於導航的波段。同時，測量結果還表明天空偏振光的偏振角分布受環境影響較小，可以利用其分布獲取導航所需的方向信息。 介紹了沙蟻偏振導航的定向機理，描述了仿生偏振導航當前使用的兩種模型——掃描模型和並發模型，由於兩種模型計算出的角度均以不斷變化的太陽子午線為基準，於是提出用太陽當前的方位角去修正仿生偏振導航模型計算出的角度，以使偏振光導航更具實用性。 設計並實現了一個利用天空偏振光獲取方向信息的測角試驗平台，並對其進行了實驗驗證。結果表明，當入射光為偏振光時，三個通道的偏振正交單元模型對偏振光的回響基本符合沙蟻視覺神經系統對天空偏振光方向敏感的回響規律，從而驗證了偏振光測角模型的有效性。最後，對仿生偏振導航測角試驗平台產生的誤差進行了分析，認為導航模型的有效性對計算結果的準確性最為重要。當然，偏振片的質量、安裝以及光敏器件的靈敏度也對測角精度有較大的影響。
