Rayleigh大气天空光偏振分布仿真与预测

太阳光经过地球大气散射所形成偏振分布的模型与预测在仿生偏振导航传感器系统中起着关键作用。研究了天空中偏振光的产生机理,天空中偏振光的分布模式。根据Rayleigh散射理论和天文学知识,利用C 语言和OpenGL软件开发包在VC环境下进行编程工作,完成了太阳视位置,天空中观测方向光束的偏振方位角和偏振度信息,以及斯托克斯参量的计算。建立了2维、3维球面模型,能够实时动态仿真太阳视位置的运动,全天空偏振光分布模式的变化。与文献中的实际测量比较,表明计算模型准确有效。     

基于虚拟仪器的仿生偏振光测试系统的研究

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。     

基于虚拟仪器的仿生偏振光测试系统的研究

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.     

无线传感器网络的建模分析

无线传感器网络由大量具有传感、计算和通讯能力的节点组成.针对不同的应用目的、工作环境和要求,提出了进行传感器网络建模需要考虑的几个要素.通过对网络基本要素的描述,能够很方便地对传感器网络进行建模.利用这些要素的特征对网络性能进行深入细致地分析以便选择或设计合适的路由协议和数据融合的方法.研究的重点是网络路由协议及其数据融合技术,也适用于其他协议的设计和建模.     

烟雾环境中532 nm/1550 nm线偏振光前向传输实验研究

针对烟雾环境中偏振前向传输在短波红外波段是否具有偏振信号增强的问题,实验研究了烟雾环境中水平线偏振光在532 nm和1 550 nm波长下的前向传输偏振特性。烟雾环境由烟饼燃烧所制,其主要由悬浮氯化铵颗粒和水汽组成,且氯化铵颗粒在烟饼点燃7~16 min内稳定沉积。搭建了532 nm和1 550 nm两套单波长激光前向传输测试平台,用以测量水平线偏振光在烟雾环境中的前向传输偏振特性。分析测量误差主要由激光源的光强波动误差、测量时间变化误差、偏振器件的安装误差和转角误差引起,计算了532 nm和1 550 nm激光前向传输测试平台的测量误差峰值分别约为1.03%和0.89%。测试烟饼燃烧7~16 min时的偏振状态保持率RoPS,测试结果表明:相比532 nm波长,水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有更优异的偏振状态保持特性,且随着烟雾浓度降低,两者之间的偏振状态保持差异逐渐缩小。文中研究通过实验验证了所制烟雾环境中水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有优异的偏振信号,这可为短波红外偏振技术的实际应用提供一定的实验支撑。     

偏振光辅助的视觉惯性导航系统

为了提高组合导航系统的可靠性与位姿估计的精度,把偏振定向传感器引入同步定位与建图过程,提出并设计一种新的偏振光辅助的视觉惯性组合导航系统。采集偏振定向传感器、单目视觉相机及微惯性测量单元的数据,对多传感器数据进行时间戳对齐和预处理后,利用最小二乘优化方法建立目标方程,通过求解非线性方程组获取最佳的运动估计。该系统根据天空偏振分布实现了方位角的可观性,并融合了多传感器数据。基于上述组合导航系统进行户外车载实验,实验结果表明：在2 km的长距离运行中,相比原始视觉惯性系统,偏振光辅助的视觉惯性导航系统的位置误差降低了16.7%,航向角精度提升了23.4%。偏振定向传感器的接入能够抑制惯性器件测量值的漂移,改善导航系统的位置精度和姿态角精度,可满足卫星信号受到干扰等环境下的位姿估计精度和可靠性要求。     

晴朗天气下全天空域偏振定向方法

天空偏振导航定向具有无误差累积、不受电磁干扰的优势.提出一种以信标发光二极管为基准的鱼眼镜头天顶角标定方法,并利用瑞利散射理论和太阳矢量约束计算载体坐标系下的太阳方位角.通过实际实验分析,所提出的方法相比拟合太阳子午线的两种方法(最小二乘法、分箱法),太阳相对转角的均方根误差(RMSE)最小为0.28°,表明这种标定方法有效,将其用于天空偏振导航定向具有可行性.     

多方向金属光栅偏振器及在偏振导航中的应用

在同一聚碳酸酯基底上制作了6个不同方向的双层金属光栅偏振器,用于消除分立器件带来的安装误差。将该偏振器应用于偏振导航传感器上并进行了测角精度测试,基于神经网络法研究了角度测量的误差补偿方法。首先,基于严格耦合波理论设计了一种亚波长双层金属光栅偏振器,分析了它的周期和金属厚度对偏振器性能的影响,其在510nm波长入射时TM偏振光透射率高于71%,消光比大于2 100。应用纳米压印技术在聚碳酸酯基底上加工制作了设计的偏振器,其基底上设有6块结构参数相同但朝向不同的双层金属光栅结构。将此偏振器安装在偏振导航传感器上并在测试平台上测试了测角精度,测试的原始误差在±1°以内;经BP神经网络法误差补偿后,测角误差在±0.2°以内。得到的结果可较好地满足偏振导航的要求。     

系统级设计方法及其在力学特性集成测试中的应用

随着对微尺度下MEMS材料力学特性研究的深入,片上集成测试方法应用愈加广泛.针对MEMS系统具有多能量域耦合的特点,应用基于MEMS宏模型技术的系统级设计工具来获得整个系统的行为特性已成为研究热点.概述了几种建立MEMS宏模型的基本方法,并对其中的节点法进行了详细阐述,利用CoventorWare软件设计了一种测试多晶硅杨氏模量的集成测试结构,首次将系统级设计方法引入集成测试结构的设计,提高了设计效率,仿真结果可靠.