摘要：针对地磁仿生导航过程中对搜索偏向性考虑不足的问题,提出了一种基于探索与开发权衡的导航方法。依据时序进化搜索策略的结构特征,从统计学角度建立了磁趋势性运动模型,分析了探索与开发和磁趋势性运动的关系,并将搜索偏向权衡问题归结为对种群多样性的合理调控,引入分布熵的概念度量种群多样性,设计了分布熵约束下的磁趋势性搜索策略,给出了导航搜索流程。通过仿真分析,给出较为合理的参数设置,并将该方法与时序进化搜索方法进行对比实验,结果证实了所提方法能够有效提高导航效率。

摘要：随着导航需求不断增加和仿生技术的不断发展,仿生导航技术应运而生。仿生导航是针对不同类型动物的导航机理进行仿生模拟分析,进而设计类似于动物导航模式的传感器来实现自主导航。仿生导航模式是一种独特的、高度适应性的新型导航模式,涉及到神经学、计算机科学、深度学习、地磁学等多个学科,需求的知识量比较丰富,因此对仿生导航的含义以及影响仿生导航的外部条件和内部条件进行介绍,总结仿生导航技术的研究现状,可以快速普及相关知识,加快技术研究进程。在此基础上进行研究展望,为同行提供参考。

摘要：为了利用天空偏振信息实现航向信息获取,设计了一种新型仿生偏振航向测量系统,并对该系统所采用的基于偏光调制原理测量方位角方法等进行研究。首先,介绍了天空偏振模式分布规律,根据瑞利散射原理,待测光束的振动方向垂直于太阳、地面观察点和观察方向所构成的平面,为了研究天空偏振信息建立了地平坐标系;然后,基于偏光调制原理,设计可旋转偏振片测量系统,对天顶区域的光束进行测量,获取天空偏振光束的斯托克斯参数,通过斯托克斯参数计算出偏振方位角,并结合太阳子午线与北向的夹角,得到偏振航向角;最后,为了减少光学元器件噪声对系统测量精度的影响,设计了偏振航向测量系统参数的实验室标定方法。实验结果表明:仿生偏振航向测量系统的室内测量最大误差小于0.2°,室外测量均方误差小于0.6°,基本满足仿生偏振航向测量精度要求。

摘要：针对目前利用天空偏振光信息进行导航,仅能提供方向信息实现相对路径定位,而不能获取载体的经纬度信息实现绝对定位的问题,在前期工作中,作者提出了一种基于天空偏振光、地球与太阳相对位置关系的自定位方法。本文中,作者设计搭建了由天空偏振角测量装置、OCTANS惯导组成的实验平台,对该方法的可行性进行验证分析。实验结果表明,该定位方法能够实时的获取相对可靠的地理位置,且经纬度误差均值分别为-0.149°和0.418°。与GPS定位系统相比,虽然定位精度有待于进一步提高,但可作为GPS失效时的有效补充定位手段。

摘要：针对传统导航系统自主性差、抗电磁干扰能力弱的问题,本文提出一种基于天空光偏振模式的仿生导航方案。利用自主研发的偏振光传感器实现导航定向功能,并结合惯性测量单元设计了一种导航姿态最优化解算方法。现有的姿态最优化求解策略一般是采用步长固定的搜索算法,但是其直接影响了运动状态下姿态估计的准确性,为此本文采取动态步长搜索机制。实验结果表明:本文提出的算法能有效抑制陀螺仪漂移误差,而且对高频噪声干扰有明显滤除效果,表现出良好的静态性能;同时,本文提出的方法较常规算法具有更高的动态精度,进一步提高了偏振光导航系统的稳定性与可靠性,为无人机飞行控制提供更准确的参数信息。

摘要：偏振信息的有效获取是实现偏振光导航的重要前提。仿照沙蚁复眼的偏振敏感视觉神经结构设计了一款三通道式仿生偏振光传感器,该传感器以ARM微处理器为处理核心,每个天空偏振光感知通道包含两个覆盖极化方向垂直偏振片的光电二极管与对数放大器,设计的偏振光传感器具有结构紧凑、实时性好且成本较低的优点,并设计了传感器稳定性与采集精度检测方案。试验结果表明,该传感器检测到的偏振角误差在±3.9°之内,平均误差为1.53°。该仿生偏振光传感器能实现偏振信息的有效检测、实时采集与存储,且具备稳定的采集能力,并在最后分析了传感器的误差产生原因及下一步的改进措施。

摘要：为了提高点源式偏振光探测器的可靠性和精度,在斯托克斯(Stokes)矢量的偏振光测量原理的基础上采用单个偏振光传感器通道设计并且搭建了一种快速旋转式天空偏振光信息探测系统,通过GPS授时确定太阳子午线的位置,进而实时解算出航向角数据,在室内和天气晴朗、空旷的室外条件下完成了数据采集,最大误差为1.047°,平均误差为0.378°,稳定工作状态下平均采样率为300 Hz。测试结果表明,本文设计的偏振光探测系统具有较良好的精度,可以实现稳定输出。

摘要：面对长距离复杂场景下的自主移动机器人导航问题,仿生鼠脑的RatSLAM相较传统SLAM更加高效。但完全依赖视觉信息,导致其精度不高、可靠性不足。通过引入天空偏振光定向,高效地提供精准的绝对航向角,可以弥补RatSLAM的不足。设计并搭建了一种偏振光仿鼠脑导航系统及导航实验平台,经过室外道路实验验证了系统的性能,并与RatSLAM进行了比较。实验结果表明,偏振光仿鼠脑导航系统和RatSLAM的平均位置误差分别为3.65 m和26.29 m,平均角度误差分别为0.36°和2.39°。该系统减少了累积误差,实现了高效、强鲁棒性、轻量化的自主导航。

摘要：针对研制仿生微纳导航传感器的需要,设计了一种基于虚拟仪器的仿生偏振光测试系统。介绍了仿沙蚁偏振光测试模型及装置,给出测试系统的总体框架,对系统的硬件设计和基于Lab-VIEW的软件开发进行了探讨。最后采用测试系统进行了仿生偏振测角实验,实验结果达到了预期的目标。

摘要：为了克服现有偏振定位技术无法全天时工作的缺陷,充分发挥偏振定位技术的自主性,提出了一种适用于夜间环境且基于月光偏振罗盘的载体自主定位方法。设计了仿生月光偏振罗盘传感器,改进了一种基于偏振度阈值检测的月亮高度角计算方法,通过实时更新月亮赤经、赤纬和格林时角,利用不同时刻的月亮高度角解算出载体经纬度信息。最后进行静态实验,验证了算法的可行性。实验结果表明,该方法可以稳定获取载体经纬度信息,且定位误差为42.34km。该方法增强了偏振定位技术的全天时性能,在夜间环境下的自主定位领域中有着重要应用价值。