偏振光导航传感器ppt课件.ppt
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1、偏振光导航传感器 引言 随着军事国防事业的发展,对导航定位系统的要求也不断提高。偏振光导航因其 无累积误差、自主性强、不易受到外界干扰且系统简单等优点而得到科学工作者们的 青睐。科学工作者们对能够利用天空中偏振光分布模式进行导航的昆虫,如沙漠蚂 蚁、蜜蜂等进行了研究,并模仿这类昆虫的视觉神经系统搭建了偏振光导航传感器, 而微型化、集成化无疑会是未来传感器发展的趋势。MEMS技术的兴起和发展,加速 了传感器的这种发展势头。 偏振光导航不仅具有单独完成导航定位功能的潜能,还可以与其它导航传感器相 互检测、补充以保证导航数据的准确性。多种传感器或多个相同传感器的使用使得传 感器的小型化变得迫切。此外
2、,汽车市场、旅游市场的蓬勃发展无疑扩大了对导航定 位传感器的需求,从军事走向民生,这也对导航定位传感器的成本、集成度、便携 性、安装简易程度有了更严苛的要求。 1.偏振光导航传感器的工作原理 1.1 基于瑞利散射理论的大气天空偏振模型 太阳直接辐射的光是无偏振态的,这种无偏振态的太阳光穿过大气层时被大气中 的原子、分子、颗粒等影响发生散射,从而部分太阳光的偏振状态改变。自然环境中 的偏振光主要有两大来源:一是大气和水圈内的散射,其中,地球大气内的散射主要 是Rayleigh散射和Mie散射;二是水面或者其它有光泽的非金属电解质(如油、岩石和 植被)等的表面的反射。 在晴朗天气下对太阳光的散 射
3、主要是Rayleigh散射,这种散射 光具有一定的偏振分布规律,根据 这些规律建立的大气天空偏振模型 如图所示。 1.2 沙漠蚂蚁的导航原理 一般来说,昆虫的复眼分为三部分:背部边缘区域(dorsal rim area,DRA)、其 余背部边缘区域(DA)以及中央区域(VA)。而不同的昆虫的复眼又具有数量不等的小眼 ,每个小眼的结构类似,其中位于背部边缘区域的小眼特化,有利于偏振光的探测。 图1为沙漠蚂蚁位于DRA区域的单个小眼横切示意图。其中,哑铃型的阴影区域 为感杆束,感光细胞R1和R5的微绒毛与其余的感光细胞的微绒毛方向正交。每个微 绒毛相当于一个单向感光器,其对特定方向的偏振光刺激的响
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