仿生天空偏振光自主定位導航感測器關鍵技術研究

《仿生天空偏振光自主定位導航感測器關鍵技術研究》是依託大連理工大學,由張然擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：仿生天空偏振光自主定位導航感測器關鍵技術研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張然

項目摘要

針對目前偏振導航系統無法實現自主地理定位的不足，本項目擬模仿動物綜合利用偏振光等多源信息進行導航的奇異能力及超強偏振光敏感機理，研發一種新型仿生天空偏振光自主定位導航感測器。探索天空偏振光分布模式的時空特異性規律，基於Rayleigh散射理論，融合天空偏振光分布模式及時間等信息，建立反映多源信息與載體經緯度及航向間映射關係的天空偏振光定位導航模型；模仿昆蟲超強偏振光敏感機理，採用時域有限差分方法完成感測器核心部件——仿昆蟲複眼微納偏振光敏感器件的設計，並研究結合納米壓印與微加工工藝的跨尺度製作工藝，實現仿生器件的集成製作；研究並建立仿生偏振視覺信息層次聚類模型，結合定位導航模型，實現感測器的自主實時經緯度與航向求解，最終研製出具有自主化、微型化及無累積誤差等優點，能夠實時確定地理位置及航向的新型仿生自主定位導航感測器。

結題摘要

針對目前偏振導航系統無法實現自主地理定位的不足，本項目受到鳥類及蝙蝠綜合利用偏振光及地磁信息進行導航的奇異能力及昆蟲複眼DRA區域超強偏振光敏感特性的啟示，通過模仿動物綜合利用偏振光等多源信息進行導航的奇異能力及超強偏振光敏感機理，研發了一種新型仿生天空偏振光自主定位導航感測器。項目圍繞自主定位導航感測器的相關關鍵技術，在導航理論模型的建立、全天空偏振模式觀測與規律研究、仿生微納偏振光敏感器件的設計及製作、定位導航感測器設計、樣機搭建及導航定位實驗等方面開展了研究工作，使我們掌握了複雜大氣成分對天空光偏振特性的影響規律，建立了反映多源信息與載體經緯度及航向間映射關係的天空偏振光定位導航模型，掌握了定位導航模型誤差影響規律，完成了仿生微納偏振光敏感器件亞波長金屬光柵結構設計，掌握了仿昆蟲偏振小眼的跨尺度結構集成製造方法，建立了仿生偏振視覺信息模型，實現了昆蟲強魯棒性及高靈敏度偏振視覺功能，完成了感測器樣機硬體及軟體設計，並最終開發出全自主、高集成度新型導航定位感測器，其體積小於15×15×15 cm3，重量小於2.5 kg，經緯度定位精度及航向測量精度優於±0.5°，時間漂移誤差小於0.001°/h。該感測器與傳統偏振導航系統相比，可實現全自主化實時定位這一重要功能，與現有天文導航定位系統相比，項目擬開發系統具有體積小、重量輕及成本低等優點，可為地面、水面及飛行載具提供一種新穎的自主定位及導航手段。