一种仿生偏振罗盘信号处理方法的研究.pdf

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1、2011年第30卷第ll期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)35一种仿生偏振罗盘信号处理方法的研究王苗欣，范之国，高丽娟，田柳(合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥230009)摘要：太阳光在大气层传输的过程中，由于大气散射作用就形成了包含重要导航信息的大气偏振模式，很多昆虫能够利用大气偏振模式来获取罗盘方向。根据昆虫检测天空偏振光和译码偏振信息的生物机理，研究了一种模拟昆虫偏振敏感神经元的网络模型。该网络模型采用简单的数学运算，对仿生偏振罗盘检测的偏振信息进行处理。仿真结果表明：该信号处理方法能够准确地获取罗盘方向。关键词：

2、仿生；大气偏振模式；偏振罗盘；导航中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)11-0035-04R’一esearcn1Onasi‘gnal’PrOcessl●ngmet-h’Oc1l[nor1Dl●0nl●Cl●·●米polarizationcompaSSWANGMiao·xin，FANZhi—guo，GAOLi-juan，TIANLiu(SchoolofComputerandInformation，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Atmosphericpolarizati

3、onpatternincludessignificantinformation，whichiscausedbythesunlightscatterningduringtheprocessoftransmission．Manyinsectsgaindirectionalinformationusingtheatmosphericpolarizationpattern．Accordingtotheinsectbiologicalmechanismofdetectingpolarizedlightanddecodingpolarizationinformation，anetworkmode

4、lwhichimitatedinsectspolarization—sensitiveneuronsisresearched．Thenetworkisusedtoprocessthesignalofbionicpolarizationcompassbysimplemathcomputation．Simulationresultshowsthatthissignalprocessingmethodcanaccuratelyobtaincompassdirection．Keywords：bionics；atmosphericpolarizationpattern；polarization

5、compass；navigation0引言振罗盘的研究还很少，主要由合肥工业大学的四通道大气太阳光本身是非偏振光，但当它入射到大气层并经过偏振信息检测传感器和大连理工大学的仿生偏振导航大气层中各种离子的散射，就会产生部分偏振光。天空偏传感器j，它们使用多个检测单元对天顶区域的大气偏振振光中包含了肉眼看不到的偏振信息，即偏振方向(E矢量信息进行检测，然后通过求解反三角函数得到检测区域的方向)和偏振度，形成了包含导航信息的大气偏振模式。偏振方向和偏振度。所采用的信号处理方法比较复杂，不自然界中的一些昆虫(像蜜蜂、蚂蚁、蟋蟀和蝗虫)具有感易通过电路实现计算。知天空偏振光的特殊结构j，能够利

6、用神经系统译码出本文针对仿生偏振罗盘的信号处理问题，从昆虫偏振体轴相对于太阳子午线的方向，从而为导航提供方向参考。罗盘的生物机理出发，研究了一种模拟昆虫神经元的网络偏振光导航的研究具有重要应用前景，而如何精确地提取模型，该网络不仅运算简单，而且输出方式与昆虫大脑内的罗盘方向是实现偏振光导航的关键技术，具有十分重要的E矢量表示方法一致。利用该网络对仿生偏振罗盘的信号研究价值。进行计算，能够得到相对于太阳子午线的方向。通过仿真目前，国外关于昆虫偏振罗盘机理的研究已经很成熟，实验验证了该方法的有效性，并对实验结果进行了理论分研究者在大量昆虫行为实验和解剖实验基础上，提出了昆析。虫偏振罗盘的

7、假设模型，如瑞士生物学家WhnerR提出了1昆虫偏振罗盘的机理沙蚁偏振罗盘的假设模型J，描述了偏振罗盘的生物机生物学家研究发现，在蟋蟀复眼的背部边缘区域理，但是没有给出具体的信号处理方法。国内关于仿生偏(DRA)分布着若干特殊的小眼，它们成扭曲的扇形分布收稿日期：2011_03_o3基金项目：安徽省青年基金资助项目(11040606Q41)36传感器与微系统第30卷并朝向不同的天空区域。小眼由感光细胞组成，其结构如图l(a)所示。感光细胞1，2，5，6的微