基于偏振光的仿生自主定位方法的研究

发布时间：2016-10-29 21:44

本文关键词：基于偏振光的仿生自主定位方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中国科学技术大学》 2015年

基于偏振光的仿生自主定位方法的研究

程珍

【摘要】：导航定位技术是随着人类政治、经济、文化不断发展出现的研究领域,其关键技术涉及到电子信息技术、计算机科学、图像处理技术、检测技术等众多学科的前沿研究领域。作为最常用定位手段的GPS,虽然有着不可比拟的优势,但GPS这种依赖导航卫星的特性,导致一旦卫星失效、GPS信号被干扰被欺骗等情况出现,载体就会失去其导航定位信息；作为最常用的自主导航定位手段的惯性导航系统和天文导航系统,虽然抗干扰能力强,但惯性导航在长时间运行后有累积误差,且只能获取相对于初始点的相对位置而不能获得绝对位置；天文导航则有计算量大、设备复杂,大气层内的星光强度在白昼较为微弱,不太适合大气层内低空飞行器和陆用车辆完成导航任务等缺点。研究发现,很多昆虫都能够利用大气的偏振信息进行导航。然而,由于偏振光导航传感器只能获取天空偏振光的偏振角和偏振度,将偏振角作为路径积分的方向信息进行导航,或者作为GPS、惯性导航组合导航系统的一部分,因此并不能独立自主的获取载体的地理位置信息。针对目前仿生偏振光导航定位技术的缺点,同时又能克服GPS对卫星的依赖、惯性导航系统的累积误差、天文导航不适合低空和陆地使用的缺点,本文在利用天顶偏振方位角的基础上,结合载体的航向信息和太阳与地球的相对位置关系,提出了一种基于偏振光的仿生定位方法。具体的研究内容如下： 1)对导航定位技术的历史、非自主导航定位技术和自主导航定位技术的工作原理和研究现状做了详细的总结。对沙蚁利用天空偏振光信息进行导航的生物学机理、以及仿生偏振光导航定位技术的发展现状进行了深入的归纳和阐述。了解了仿生偏振光定位面临的问题和难点。 2)提出了一种基于偏振光的仿生定位方法。该方法利用天顶大气偏振方位角信息、载体航向信息和地球太阳相对位置关系进行定位,获得相对可靠的地理位置信息。 3)针对这种基于偏振光的仿生定位方法,提出了定位误差的数学模型并进行了相应的误差分析。根据该数学模型,针对在不同影响因素条件下对定位误差进行了仿真实验和结果分析。 4)利用实验室已有的实验仪器组合搭建了基于偏振光的仿生定位系统的实验平台,对该定位方法进行了实验验证。实验平台通过实验室自主设计的三相机天空偏振角测量模块采集实验平台天顶的大气偏振光方位角、OCTANS INS获取航向信息和天文历获取太阳赤纬和均时差来解算实验平台的经纬度。户外实验验证了该定位方法的可行性和有效性,并根据实验结果总结了目前该仿生自主定位方法的优势和不足,也为进一步的研究指明了方向。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O43;P228.4
【目录】：

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1 褚金奎;赵开春;;仿昆虫复眼偏振敏感测角光电模型研究[J];微纳电子技术;2005年12期

2 褚金奎;赵开春;王体昌;张强;;仿生偏振导航传感器实验模型的构建与标定[J];微纳电子技术;2007年Z1期

3 晏磊;关桂霞;陈家斌;吴太夏;邵轩;;基于天空偏振光分布模式的仿生导航定向机理初探[J];北京大学学报(自然科学版);2009年04期

4 张丽敏;熊智;乔黎;刘建业;;基于雷达高度计-星敏感器的卫星自主导航精度分析[J];传感器与微系统;2008年04期

5 刘景华;;大航海时代的西欧造船和航海术[J];长沙理工大学学报(社会科学版);2005年04期

6 吕伟;朱建军;;北斗卫星导航系统发展综述[J];地矿测绘;2007年03期

7 顾左文,安振昌,高金田,韩炜,詹志佳;京津冀地区地磁场球冠谐分析[J];地球物理学报;2004年06期

8 白华;;国外导航卫星系统的最新发展[J];电子信息对抗技术;2009年02期

9 乔玉坤;王仕成;张琪;;地磁匹配特征量的选择[J];地震地磁观测与研究;2007年01期

10 顾左文;安振昌;高金田;詹志佳;姚同起;韩炜;陈斌;;2003年中国及邻区地磁场模型的计算与分析[J];地震学报;2006年02期

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1 刘睿;飞行器惯性/地磁/天文组合导航系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 赵开春;仿生偏振导航传感器原理样机与性能测试研究[D];大连理工大学;2009年

3 胡海东;星图识别与组合导航滤波方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

【共引文献】

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1 耿技;张凤荔;秦志光;杨荣华;;移动目标及其数据的无线传输研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年03期

2 章皖秋;赵柱国;张加龙;;GPS静态相对定位应用及精度研究[J];安徽农业科学;2010年18期

3 肖丹 ,沙斐;GSM/CDMA系统中应用GPS的EMC问题研究[J];安全与电磁兼容;2003年05期

4 张杰;吸收介质的Mie散射光学特性研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年03期

5 从光梅;梁文龙;甄芝科;;基于RFID粮食物流跟踪车载终端系统设计[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年02期

6 苗风东;郭季;潘三博;;基于ARM与GPS的核地球物理数据采集系统研究[J];安阳师范学院学报;2009年02期

7 杨云涛;石志勇;吕建刚;关贞珍;;A Magnetic Disturbance Compensation Method Based on Magnetic Dipole Magnetic Field Distributing Theory[J];Journal of China Ordnance;2009年03期

8 王峰;洪津;杨伟峰;乔延利;;复合线阵推扫偏振成像技术研究及方案设计[J];半导体光电;2006年04期

9 柯熙政;殷致云;杨利红;;大气激光通信中光PPM偏振调制方案及其关键技术[J];半导体光电;2007年04期

10 宋志平;洪津;龚平;孟凡刚;汤伟平;乔延利;;可见至近红外波段多通道偏振辐射计的研制[J];半导体光电;2008年01期

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1 谢添卉;李武峰;柏德胜;崔宇;罗小英;;GIS在电动汽车充换电设施建设运行中的应用[A];第十四届中国科协年会第19分会场：电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年

2 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

3 陆渝;崔贯勋;陆胜;;城市智能交通终端系统的设计和实现[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

4 王鹏;张迎春;;基于星敏感器/红外地平仪的自主导航方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

5 严恭敏;严卫生;徐德民;;逆向导航算法及其在捷联罗经动基座初始对准中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

6 张敏虎;任章;;神经网络辅助高动态GPS/INS组合导航融合算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

7 张泽;段广仁;;超定条件下基于星敏感器的姿态确定[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

8 尚松田;邓志红;付梦印;王瑞涛;莫凡;;单轴旋转调制对光纤陀螺惯导系统精度的影响分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

9 高伟熙;缪玲娟;沈军;;一种分段快速捷联惯导静基座自对准新方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

10 贾建芳;;低成本MIMU/GPS组合导航系统的序贯滤波技术[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年

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1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

9 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

10 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

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1 漆阳华;远程监测应用技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年

2 张博;高动态卫星定位接收机扩频信号同步技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年

3 姜永涛;CORS系统区域改正数分类提取与内插研究[D];山东科技大学;2010年

4 单瑞;基于GPS单点测速的海浪及潮位测量应用研究[D];山东科技大学;2010年

5 孟培培;基于3S的土地督察信息系统研究[D];山东科技大学;2010年

6 李光;基于均值偏移的视频目标跟踪、检测算法研究及系统实现[D];浙江理工大学;2010年

7 李本玉;GPS/GLONASS精密单点定位技术模型与算法的研究[D];山东农业大学;2010年

8 崔运涛;基于ARM+DSP的捷联航姿系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年

9 徐锋;水下地磁辅助导航研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 褚金奎;赵开春;;仿昆虫复眼偏振敏感测角光电模型研究[J];微纳电子技术;2005年12期

2 褚金奎;赵开春;王体昌;张强;;仿生偏振导航传感器实验模型的构建与标定[J];微纳电子技术;2007年Z1期

3 庞发亮;石志勇;张丽花;曹征;;基于磁通门技术的车辆导航系统[J];兵工自动化;2006年02期

4 晏磊;关桂霞;陈家斌;吴太夏;邵轩;;基于天空偏振光分布模式的仿生导航定向机理初探[J];北京大学学报(自然科学版);2009年04期

5 杨新勇,黄圣国;智能磁航向传感器的研制及误差补偿算法分析[J];北京航空航天大学学报;2004年03期

6 王广君,房建成;基于Hausdorff距离的星图识别方法[J];北京航空航天大学学报;2005年05期

7 王广君,房建成;一种星图识别的星体图像高精度内插算法[J];北京航空航天大学学报;2005年05期

8 全伟;王广君;房建成;;一种基于Hausdorff距离的改进星图识别方法[J];北京航空航天大学学报;2006年01期

9 李希胜;王家鑫;汤程;王立锦;王绍纯;;高精度磁电子罗盘的研制[J];传感技术学报;2006年06期

10 涂有瑞;飞速发展的磁传感器[J];传感器技术;1999年04期

中国博士学位论文全文数据库前6条

1 王晓东;大视场高精度星敏感器技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2003年

2 刘承香;水下潜器的地形匹配辅助定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年

3 钱华明;故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2004年

4 李涛;非线性滤波方法在导航系统中的应用研究[D];国防科学技术大学;2003年

5 张艳;基于星间观测的星座自主导航方法研究[D];国防科学技术大学;2005年

6 王鹏;基于星载敏感器的卫星自主导航及姿态确定方法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

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1 李端勇;基于信息融合的组合导航系统研究[D];西北工业大学;2005年

2 都安平;成像偏振探测的若干关键技术研究[D];西北工业大学;2006年

3 高军科;基于巨磁阻抗效应的地磁导航研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

4 刘真;基于天文导航的无人机定位方法研究[D];西安电子科技大学;2009年

5 李刚;非晶丝地磁传感器研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

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3 阳凡林;康志忠;独知行;赵建虎;吴自银;;海洋导航定位技术及其应用与展望[J];海洋测绘;2006年01期

4 方伟杰;张志强;;GPS在公安行业上的应用[J];全球定位系统;2007年06期

5 陈俊勇;;创刊辞[J];导航定位学报;2013年01期

6 王何巍;洪勇;;新型组合导航定位技术在机场抢建中的应用[J];地理信息世界;2014年01期

7 华轩;;海上自主导航定位技术最新进展[J];物探装备;2014年02期

8 王馨;朱丽;刘文婧;;导航定位技术的发展史[J];科技与创新;2014年11期

9 李明峰;;首届全国高校《GPS导航定位技术及应用》课程暨“中海达杯”讲课竞赛在南京举行[J];矿山测量;2007年03期

10 ;关于举办全国高校首届《GPS导航定位技术及应用》课程青年教师讲课竞赛的第2号通知[J];全球定位系统;2007年03期

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1 战兴群;张炎华;;导航定位技术现状与发展[A];2004年船舶仪器仪表学术年会论文集[C];2004年

2 朱镜钊;宋宜明;;车辆导航定位技术的研究[A];华东六省一市测绘学会第十一次学术交流会论文集[C];2009年

3 陈肇新;荆其一;陈宙;;GPS全球定位系统推动了导航定位技术的迅速发展[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十次学术会议论文集[C];1997年

4 陈东银;刘立龙;陈雷;;GPS导航定位技术中面向对象思想读取Rinex格式数据[A];数字测绘与GIS技术应用研讨交流会论文集[C];2008年

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1 记者王握文;[N];解放军报;2008年

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1 程珍;基于偏振光的仿生自主定位方法的研究[D];中国科学技术大学;2015年

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1 张晓娟;基于小型自主航行观测平台的导航定位技术研究[D];国家海洋技术中心;2010年

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