基于天空偏振光场的成像式航向测量系统研究
发布时间：2020-12-14 18:13
天空偏振光场是一种具有地球自然属性的矢量场,结合昆虫偏振视觉导航机制,利用天空偏振光作为信息源的仿生偏振导航技术具有无误差累积、抗干扰强、隐蔽性好的特点,是目前新概念仿生导航技术的热门研究方向。目前研发的点源式偏振光导航传感器是一种以POL（polarization sensitive neurons）神经元为偏振敏感机制的单方向检测的测量系统,其仿生的昆虫单复眼结构与昆虫阵列式复眼的全天空范围检测特性有差异,因此在鲁棒性和信息完整性上有所欠缺。面向天空偏振光场的成像式偏振导航技术更接近于昆虫的偏振视觉特性,尤其在弱光、多云等环境下,这种方法具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。论文基于天空偏振光场成像的航向测量技术的研究现状,从影响偏振光场图像太阳子午线提取的因素和数字信号的偏振数据筛选机制的优化两方面展开了研究,并搭建了基于天空偏振光场的成像式航向测量系统,具体研究内容如下:对比了目前基于偏振光场成像的航向测量方法,首先开展了海上天空偏振光场的长距离偏振成像测试,并在Linux环境下利用Libradtran软件包对测试过程进行了理论仿真,对比分析了长距离航行条件下利用偏振光场图像太阳子午线...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.2 偏振光场导航技术研究现状
1.2.1 生物偏振视觉及天空偏振光场
1.2.2 天空偏振光检测与传感器
1.3 论文的研究内容
2 天空偏振光场的成像与导航机理
2.1 天空偏振光场理论分布规律
2.2 偏振成像原理
2.2.1 斯托克斯矢量
2.2.2 米勒矩阵
2.2.3 偏振成像方法
2.3 天空偏振光场导航方法与测试
2.3.1 天空偏振光场导航机理
2.3.2 天空光偏振光场长距离导航验证
2.4 本章小结
3 成像式航向测量系统的工作原理与硬件方案
3.1 工作原理
3.2 光学成像模块
3.2.1 光学镜头
3.2.2 偏振片
3.3 图像采集模块
3.3.1 CCD图像传感器
3.3.2 视频图像解码单元
3.4 偏振信息处理模块
3.4.1 DM642 数字信号处理器
3.4.2 核心板配置
3.4.3 外部接口配置
3.5 系统搭建
3.6 本章小结
4 成像式航向测量软件系统与子午线识别算法方案
4.1 软件调试工具
4.1.1 开发工具
4.1.2 在线调试与烧写
4.2 软件系统设计
4.2.1 软件初始化设置
4.2.2 偏振图像采集
4.2.3 太阳子午线角度输出
4.3 图像处理与偏振信息提取算法
4.3.1 偏振信息处理
4.3.2 太阳子午线提取算法
4.3.3 数据处理与优化
4.4 本章小结
5 成像式航向测量系统性能测试与误差补偿
5.1 系统测试
5.1.1 参数配置
5.1.2 图像采集测试与标定
5.1.3 太阳子午线提取算法测试
5.2 室内标定及误差分析
5.3 室外性能测试与结果分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气偏振模式图分布及仿生偏振导航技术[J]. 褚金奎,关乐,李世奇,张然,金仁成,崔岩,王立鼎. 遥感学报. 2018(06)
[2]阵列式偏振导航传感器及其鲁棒性算法实现[J]. 褚金奎,蹇慧君,刘泽,张然. 光学精密工程. 2018(08)
[3]MIMU/偏振光互补滤波组合导航算法研究[J]. 金仁成,陈文,孙会生,孙加亮. 燕山大学学报. 2016(03)
[4]利用全天域大气偏振检测的航向角解算[J]. 王晨光,张楠,李大林,杨江涛,王飞,任建斌,唐军,刘俊,薛晨阳. 光电工程. 2015(12)
[5]采用连续旋转检偏器的天空偏振光探测装置设计与实现[J]. 卢皓,赵开春,马强,尤政. 宇航学报. 2014(09)
[6]一种基于天空光的新型成像式仿生偏振导航传感装置[J]. 李彬,关乐,刘琦,褚金奎. 传感器与微系统. 2014(08)
[7]偏振光栅导航传感器电子系统设计[J]. 马强,赵开春,尤政. 传感器与微系统. 2014(01)
[8]基于斯托克斯矢量的偏振成像仪器及其进展[J]. 刘敬,夏润秋,金伟其,王霞,杜岚. 光学技术. 2013(01)
[9]天空偏振光辅助的组合导航方法[J]. 祝燕华,蔡体菁,李春,徐泽杨. 中国惯性技术学报. 2012(06)
[10]基于MSP430的仿生偏振光导航传感器的设计与实现[J]. 褚金奎,林林,陈文静,王寅龙. 传感器与微系统. 2012(08)
硕士论文
[1]仿生偏振光导航传感器设计[D]. 陈文静.大连理工大学 2010
[2]GPS/INS组合导航系统研究及实现[D]. 李倩.上海交通大学 2010
本文编号：2916796
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.2 偏振光场导航技术研究现状
1.2.1 生物偏振视觉及天空偏振光场
1.2.2 天空偏振光检测与传感器
1.3 论文的研究内容
2 天空偏振光场的成像与导航机理
2.1 天空偏振光场理论分布规律
2.2 偏振成像原理
2.2.1 斯托克斯矢量
2.2.2 米勒矩阵
2.2.3 偏振成像方法
2.3 天空偏振光场导航方法与测试
2.3.1 天空偏振光场导航机理
2.3.2 天空光偏振光场长距离导航验证
2.4 本章小结
3 成像式航向测量系统的工作原理与硬件方案
3.1 工作原理
3.2 光学成像模块
3.2.1 光学镜头
3.2.2 偏振片
3.3 图像采集模块
3.3.1 CCD图像传感器
3.3.2 视频图像解码单元
3.4 偏振信息处理模块
3.4.1 DM642 数字信号处理器
3.4.2 核心板配置
3.4.3 外部接口配置
3.5 系统搭建
3.6 本章小结
4 成像式航向测量软件系统与子午线识别算法方案
4.1 软件调试工具
4.1.1 开发工具
4.1.2 在线调试与烧写
4.2 软件系统设计
4.2.1 软件初始化设置
4.2.2 偏振图像采集
4.2.3 太阳子午线角度输出
4.3 图像处理与偏振信息提取算法
4.3.1 偏振信息处理
4.3.2 太阳子午线提取算法
4.3.3 数据处理与优化
4.4 本章小结
5 成像式航向测量系统性能测试与误差补偿
5.1 系统测试
5.1.1 参数配置
5.1.2 图像采集测试与标定
5.1.3 太阳子午线提取算法测试
5.2 室内标定及误差分析
5.3 室外性能测试与结果分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气偏振模式图分布及仿生偏振导航技术[J]. 褚金奎,关乐,李世奇,张然,金仁成,崔岩,王立鼎. 遥感学报. 2018(06)
[2]阵列式偏振导航传感器及其鲁棒性算法实现[J]. 褚金奎,蹇慧君,刘泽,张然. 光学精密工程. 2018(08)
[3]MIMU/偏振光互补滤波组合导航算法研究[J]. 金仁成,陈文,孙会生,孙加亮. 燕山大学学报. 2016(03)
[4]利用全天域大气偏振检测的航向角解算[J]. 王晨光,张楠,李大林,杨江涛,王飞,任建斌,唐军,刘俊,薛晨阳. 光电工程. 2015(12)
[5]采用连续旋转检偏器的天空偏振光探测装置设计与实现[J]. 卢皓,赵开春,马强,尤政. 宇航学报. 2014(09)
[6]一种基于天空光的新型成像式仿生偏振导航传感装置[J]. 李彬,关乐,刘琦,褚金奎. 传感器与微系统. 2014(08)
[7]偏振光栅导航传感器电子系统设计[J]. 马强,赵开春,尤政. 传感器与微系统. 2014(01)
[8]基于斯托克斯矢量的偏振成像仪器及其进展[J]. 刘敬,夏润秋,金伟其,王霞,杜岚. 光学技术. 2013(01)
[9]天空偏振光辅助的组合导航方法[J]. 祝燕华,蔡体菁,李春,徐泽杨. 中国惯性技术学报. 2012(06)
[10]基于MSP430的仿生偏振光导航传感器的设计与实现[J]. 褚金奎,林林,陈文静,王寅龙. 传感器与微系统. 2012(08)
硕士论文
[1]仿生偏振光导航传感器设计[D]. 陈文静.大连理工大学 2010
[2]GPS/INS组合导航系统研究及实现[D]. 李倩.上海交通大学 2010
本文编号：2916796
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