一种仿生大气偏振信息传感阵列的研究

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1、一种仿生大气偏振信息传感阵列研究摘要太阳光经过大气分子和粒子的散射作用就会变成偏振光，不同偏振态的偏振光就形成了蕴含着丰富信息的大气偏振模式。自然界很多昆虫能够利用复眼中的小眼阵列检测天空中的偏振光，并利用偏振敏感神经元处理偏振信息，从而得到昆虫体轴的方位角。仿生偏振光检测方法和仿生偏振信息处理方法，是实现仿生偏振光导航的关键技术，已成为国内外仿生导航领域的研究热点。论文开展仿生大气偏振信息传感阵列的研究，主要致力于研究传感阵列的结构和偏振信息处理方法。本文的主要研究内容如下：(1)分析了天空中偏振光的形成原

2、因及分布特性，重点研究了昆虫的偏振敏感小眼阵列的结构和偏振敏感神经元的响应机制。(2)模拟昆虫偏振敏感小眼阵列的结构，设计了一种仿生传感阵列的结构，并推导了传感阵列输出信号的数学表达式。(3)模拟昆虫偏振敏感神经元的响应机制，研究了一种仿生偏振信息处理方法，并对该方法进行了仿真和分析。(4)结合单次瑞利散射模型，对传感阵列进行了仿真实验。利用仿生偏振信息处理方法对传感阵列的输出信号进行计算处理，能够准确可靠的得到传感阵列的方位角。关键词：仿生导航大气偏振模式偏振光检测信息获取Researchofabiomim

3、eticsensorarrayforatmosphericpolarizationinformationABSTRACTThesunlightispolarizedduetothescatteringbyairmoleculesandparticlesintheatmosphere.Theatmosphericpolarizationpatternwhichcontainsawealthofinformationisformedbythepolarizedlightwithdifferentpolarizat

4、ionstate.Manyinsectscantakeadvantageofommatidiumarrayincompoundeyetodetectthepolarizedlight,andusepolarization-sensitiveneuronstoprocesspolarizationinformationinordertoobtaintheazimuthofbodyaxis.Thebiomimeticmethodforpolarizedlightdetectionandforpolarizatio

5、ninformationprocessingisthekeytechnologytoachievebiomimeticpolarizedlightnavigation,andithasbecomehotresearchinbiomimeticnavigationfieldhomeandabroad.Thispaperresearchsinabiomimeticsensorarrayforatmosphericpolarizationinformation,mainlyworkingonthestructure

6、ofsensorarrayandpolarizationinformationprocessing.Themaincontentsareincludedasbelow:(1)Thecausesanddistributionofpolarizedlightintheskyisanalyzed.Thestructureofpolarization-sensitiveommatidiumarrayandtheresponsemechanismofpolarization-sensitiveneuronsofthei

7、nsectsareresearched.(2)Astructureofsensorarrayisdesignedsimulatingthestructureofpolarization-sensitiveommatidiumarray.Andthemathematicalexpressionofoutputsignalofsensorarrayisderived.(3)Amethodofpolarizationinformationprocessingisresarchedsimulatingtherespo

8、nsemechanismofpolarization-sensitiveneurons.Andthemethodissimulatedandanalyzed.(4)Withthesinglerayleighscatteringmodel,simulationarecarriedoutonthesensorarray.Theazimuthofsensorarraycanbeobtainedaccura