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1、分类号：ＴＨ３９１单位代巧！１０１１０学号：ｂ２０１２０６５卡ｊＵ雀ＮｏｒｔｈＵｎｉｖ较ｒ餐ｉｔＯｆＣｈＭ揉ｙ博±学位论义編’仿生偏振光导航中信息获取及姿态解算方法研究已巧生任建斌菁，，博±硏究；５哪，靠！；ｌ呼ｌ麵ｊｉｉ．．．．＾原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在指导教师的指导下，独，立进行硏究所取得的成果．除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科硏成果．对本文的研究作出重要贡献的．个人和集体，均已在文中从明确方式标明本声明的
2、法律责任由本人承担．心占讀：妻ｗｒ，，．论义作者签名：斗日期、：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管：、使用学位论文的规定，其中包括①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件③学校可；从采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；⑤学校可允许学位论文被查陶或借阅＾；④学校可１乂学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可於公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）．為签名請＾巧７化：日期：八成导师签名：：日期图书分类号TP391密级非
3、密注1UDC__________P422.3_______________________________________________博士学位论文仿生偏振光导航中信息获取及姿态解算方法研究任建斌指导教师（姓名、职称）刘俊教授申请学位级别工学博士专业名称微纳技术及仪器论文提交日期2015年9月10日论文答辩日期2015年11月27日学位授予日期年______月______日论文评阅人张文栋秦丽王云才郜江瑞张斌珍答辩委员会主席赵剡2015年9月10日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类号Ph.D.DissertationStudyontheDat
4、aProcessingandAttitudeControlforBio-inspiredPolarized-light-aidedNavigationBy:RenJianbinSupervisor:LiuJunNorthUniversityofChinaSeptember2015中北大学学位论文仿生偏振光导航中信息获取及姿态解算方法研究摘要偏振光导航是在对膜翅目昆虫如沙蚁、蜜蜂、蝗虫、蟋蟀等导航机理的生物学研究基础上发展起来的一种灵活而简便的导航方法,是视觉导航的重要内容,其所依赖的大气偏振模式是地球固有的自然属性,具有稳定性分布的特点,在短时间内很
5、难人为破坏和干扰,特别适合在弱/无卫星信号的陌生环境下实现自主导航,因此该方法无论是在军事领域还是在民用领域,都有着十分诱人的应用前景。正是在这一背景下,本文在对昆虫利用偏振光导航的仿生学研究基础上,结合现代导航理论和方法,提出利用大气偏振模式实现运载体空间姿态参数获取的自主导航方法。对昆虫利用偏振光导航的生物机理进行研究是发展偏振光导航方法的基础。我们总结了文献中对昆虫利用偏振光导航的行为学、解剖学和电生理学的相关研究成果,获取了利用偏振光导航的生物模型。分析了昆虫复眼背部边缘区小眼偏振感知的生物学机理,在此基础上,提出了四通道偏振光传感器及偏振光
6、传感器阵列的制作方法和实现途径，为偏振信息获取和偏振光导航方法的发展奠定了良好的基础。大气偏振数据的准确获取与处理是实现精准导航的必要环节。我们利用Matlab软件,对瑞利散射模型进行重建,获取了晴朗天空下的理想大气偏振模式；利用偏振分析仪和转台,全景镜头与单反相机搭建了两套测量平台,分别用逐点扫描和图像处理的方式获取了实际天空的大气偏振数据。面对获取到的这些具有复杂结构的偏振数据,引入了处理这些大数据的统计方法─聚类分析,将寻求天空显著特征点的问题转化为确定相应偏振度类和偏振角类的类中心问题,利用交替优化的方法确定出数据的最佳匹配结果。在飞行器飞行
7、过程中，姿态参数的实时获取是实现对飞行器控制的关键，也是本研究要解决的核心问题。我们从偏振数据中提取出太阳投影点、太阳子午线、天顶点等特征，获取到偏振模式的结构信息，分别建立了利用偏振的结构信息、天空特征点信息确定飞行器空间姿态参数的三种数学模型，通过追踪这些特征点相对于载体坐标系空间位置的变化，建立姿态变换矩阵方程，求解出姿态参数。I中北大学学位论文实验分析是验证方法有效性和可靠性的必不可少的环节。我们利用获取的偏振数据，对所提的三种方法分别进行静态验证。通过建立的虚拟飞行器控制台，模拟飞行器在空中转动时的姿态变化情况。每次实验中都任意指定其中两个
8、角度，让第三个角度从到变化，利用所提方法计算相应的姿态变化值，计算了每个解算参数的均方根误差并进行了误差分析
