偏振光定位樣機(jī)的設(shè)計(jì)與搭建.pdf

1、目前，導(dǎo)航定位技術(shù)在國(guó)防軍事建設(shè)和社會(huì)生產(chǎn)生活中占有舉足輕重的地位。隨著航天技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)導(dǎo)航定位技術(shù)的要求不斷提升。研究發(fā)現(xiàn)，大自然中許多生物具有完善的導(dǎo)航機(jī)制，比如一些鳥類和昆蟲具有感知天空偏振光的能力，并且依靠偏振光信息實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，進(jìn)行覓食或遷徙。天空偏振光導(dǎo)航是一種自主導(dǎo)航方式，且有著誤差不隨時(shí)間積累的優(yōu)點(diǎn)。在此背景下，國(guó)內(nèi)外掀起了偏振光導(dǎo)航技術(shù)的研究熱潮?，F(xiàn)有的偏振光導(dǎo)航方法大多為載體提供航向信息以實(shí)現(xiàn)定向，但

2、是提供經(jīng)緯度信息以實(shí)現(xiàn)定位的相關(guān)研究報(bào)道還較少。本文研究了基于天空偏振光信息的導(dǎo)航定位技術(shù)。
　　首先，本文在課題組已提出的偏振光定位方法的研究基礎(chǔ)上，為提高該偏振光定位方法的可靠性和魯棒性，提出了一種基于多方向偏振光的定位方法。該方法基于天空偏振光分布模式的特性，采用偏振光測(cè)向傳感器測(cè)量得到的多個(gè)方向的偏振方向矢量來(lái)計(jì)算太陽(yáng)方向矢量，獲取太陽(yáng)的空間位置信息。最后結(jié)合太陽(yáng)空間位置、時(shí)間和地磁場(chǎng)分布信息，計(jì)算載體所在位置的經(jīng)緯度，實(shí)

3、現(xiàn)定位動(dòng)能。文中對(duì)采集的多個(gè)方向偏振光的偏振度和偏振方向矢量信息進(jìn)行冗余處理，使得獲取的太陽(yáng)空間位置更加準(zhǔn)確，從而提高最終計(jì)算的經(jīng)緯度信息的可靠性。
　　其次，為驗(yàn)證上述定位方法的可行性，本文基于偏振光定位原理搭建了偏振光定位樣機(jī)。該定位樣機(jī)主要包括五個(gè)偏振光測(cè)向傳感器、電子羅盤、多方向陣列結(jié)構(gòu)樣機(jī)主體和底座四部分。為提高樣機(jī)的便攜性，本文對(duì)樣機(jī)中主要部件—偏振光測(cè)向傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，使其整體尺寸和重量減小了近一半。由樣機(jī)定位

4、原理可知提高偏振光測(cè)向傳感器的測(cè)角精度即可以提高樣機(jī)的定位精度。本文分析了偏振光測(cè)向傳感器的誤差來(lái)源，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定測(cè)試，提高其測(cè)角精度。標(biāo)定后五個(gè)偏振光測(cè)向傳感器的測(cè)角精度均在±0.17°以內(nèi)。
　　為實(shí)現(xiàn)定位樣機(jī)實(shí)時(shí)通訊和定位計(jì)算等功能，本文基于可視化軟件LabVIEW編寫樣機(jī)上位機(jī)通訊和控制程序。上位機(jī)程序能夠?qū)崟r(shí)采集樣機(jī)中多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步、實(shí)時(shí)解算載體經(jīng)緯度并顯示，數(shù)據(jù)更新率為10Hz。
　　最后，進(jìn)行了