偏振光导航的国内外研究现状
时间:2017-06-19 21:45 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 偏振光导航是天文导航技术的范畴，天文导航是以已知准确空间位置的自然天体为基准，通过天体测量仪器被动探测天体位置，经解算确定测量点所在载体的导航信息。天文导航因其具有自主、误差不随时间积累和精度较高的优点，成为现代高科技战争中一个重要的导航手段。10300 对天空中的偏振光的研究起源于19世纪初期。Etienne-Louis Malus在1808年发现偏振现象。Francois Arago首先在1811年发现天空中的偏振现象，其后的Jacques Babinet、David Brewster、Coulson 等研究者扩展了天空光偏振理论，Charles Wheatstone 在1848年建立了关于太阳的偏振理论，Lord Rayleigh在1870提出了瑞利散射理论，这一理论对于天空中的偏振现象的解释至今仍是有效的。到20世纪80年代，随着光学技术和计算机技术的发展，数字图像处理技术才被应用到大气偏振现象的研究当中。1998年Lee在数字图像处理技术的帮助下利用Stokes参数对多次散射条件下的偏振模式进行研究，得到了天空中偏振现象更准确的解释。这些对大气偏振模式的研究为利用偏振光导航提供了必要的准备。 在1949年，Von Frisch注意到蜜蜂可以利用紫外偏振光进行导航，这可能是人类注意到生物具有偏正光导航能力的最早公开报道。此后，研究者不断发现很多生物复眼中的感杆束都是有规律的排列，从而使它们具有偏振光感知能力。Muller和Wehner等人发现，有一种沙漠蚂蚁可以利用复眼背部后缘的一排感杆束感知紫外关的偏振方向，并以此定向，搜集到食物后，在没有任何路标参照的沙漠环境中，几乎沿直线迅速、准确地回巢。Froy，Steven等人对北美帝王蝶的研究表明，该物种在迁徙时也同样是用了紫外偏振光辅助太阳罗盘进行导航，该生物体内的生物钟可以对太阳罗盘进行时间补偿，以确保其在太阳东升西落的过程中始终沿着西南方向迁徙。不仅日光可以被用来导航，非洲粪金龟甚至可以使用弱的多的月光偏振光进行导航，是自己沿着直线行走。 目前，人们对生物感知偏振光的器官及其结构进行了比较充分的研究，但对于生物是如何在其结构极为简单的脑中组织这些信息并将其用于导航的内部机理仍然不是很清楚。 人类开始利用偏正光导航是基于仿生学原理，Lambrinos Dimitrios等人研制了一种模拟昆虫的仿生机器人，该机器人的导航系统包含了一个用硬件实现模拟昆虫偏正光导航的装置。改装置由三对偏振光传感器和信号处理神经网络组成。传感器配置方式模拟沙漠蚂蚁复眼背部后缘的用来敏感偏正光的感杆束，每一对传感器的偏振片透过方向（偏振方向）互相垂直，并采用对数比方法去除光强和传感器的影响。 1.3国内外研究现状 瑞士生物神经学家Wehner 从20 世纪60 年代开始对昆虫的偏振视觉导航进行研究时发现，沙蚁、蟋蟀等昆虫能够利用偏振光进行导航是因为天空中存在一个偏振光的模式图，同时它本身具有对太阳光偏振方向极为敏感的视觉神经系统；1974 年Wellington 发现了大黄蜂的偏振导航手段；1999 年瑞典科学家Dacke 等发现某些动物可以利用月光的偏振来进行导航定位；Oren 等于2003 年发现蝴蝶依靠生物钟和偏振罗盘联合导航进行长距离迁徙；RachelMuheim 等于2006 年实验验证了一些候鸟通过准确的偏振罗盘来校准它们的地磁罗盘；Lambrions 等将偏振导航系统装配在机器人Sahabot 上，利用机器人进行了导航精度的试验。 我国研究者在偏振光应用方面也开展了研究工作。有研究微机器人的学者开展了仿生导航的研究,利用大气偏振特性对地面上的机器人提供导航信息。有研究者提出采用偏振光与GPS、SINS组合方法为大气中的运动载体提供导航,其中偏振光主要提供姿态信息。还有研究人员设计了高精度偏振光导航仪,适用于船舶、飞机、车辆与机器人等交通工具和运动物体的实时导航。国内中科学院上海光学精密机械研究所李代林、王向朝提出了一种偏振光测量航向的设计方法，哈尔冰工业大学学者卢鸿谦从理论上论证了偏振导航方法作为一种辅助手段在增强组合导航系统方面的作用。 (责任编辑：qin) |