面向地面无人平台的仿生偏振光定向算法

仿生偏振光定向为地面无人平台提供了一种新型的低成本、小型化定向方式。设计了一种基于微阵列式偏振光栅的仿生光罗盘,实现了一种加权平均的偏振光定向算法,分析了大气偏振模式误差、太阳位置误差、偏振光传感器误差和水平姿态角误差等因素对航向角估计精度的影响。实验结果表明,动态车载条件下定向误差小于0.5°。     

基于大气偏振模式对称性的定向算法

为了实现载体三维运动姿态下的大气偏振模式表征,探究了载体非水平运动条件下的偏振光定向机理。利用一阶Rayleigh散射特性,融合微惯性信息,提出了一种适用于载体三维运动的大气偏振模式对称定向算法。首先,建立了大气偏振模式仿真模型,求得不同水平角下大气偏振模式分布;其次,采用基于梯度计算与定点约束下直线拟合的方法准确提取大气偏振模式分布的对称线,计算偏振角梯度分布,使用定点约束与最小二乘法对特征点进行直线拟合得到对称线;最后,融合微惯性提供的水平角信息,建立了三维运动条件下的对称大气偏振模式定向模型。对所提出的算法进行了实验测试,当载体俯仰角为10°时,融合水平角的三维定向结果均方根误差从5.4592°减小至1.3741°。     

用于量子保密通信系统的偏振控制算法研究

量子保密通信是近年来逐渐发展成熟的一种新型保密通信机制,其安全性建立在量子力学基本原理上,被证明具有信息论条件下的绝对安全性。偏振编码光纤量子保密通信系统使用光子的偏振态进行信息编码。当环境变化时,光纤传输特性的改变将导致光子偏振态变化。因此,光子偏振态的补偿控制是光纤量子保密通信系统的一项关键技术,能否快速、准确的对偏振态进行补偿将直接影响系统的通信性能。本文提出一种基于光纤偏振控制器和扫描控制算法的偏振补偿方案。该方案通过控制光纤偏振控制器的电压大小,将量子误码率最小化,实现偏振光的补偿控制,满足量子通信系统自动控制的要求。     

恶劣天气下的仿生偏振定向方法

针对偏振光导航在恶劣天气下精度显著下降的问题,提出了一种可以在恶劣天气下基于大气偏振模式的定向算法。与现有方法相比,首次将三维块匹配与canny边缘检测结合的思想应用于修复被不同天气破坏的偏振角度图像中。具体而言,将偏振角度图像的修复分为噪声粗处理和边缘提取处理去噪两部分。在噪声粗处理阶段采用三维块匹配算法,在边缘提取处理去噪部分,利用canny边缘检测算法对偏振角度图像进行二次去噪。实验结果表明,该方法不仅能够提高晴朗天空下的定向精度,而且能够显著提升在阴天、沙尘、雾霾等恶劣天气条件下的导航定向精度,即使在偏振角图像对称∞模式被破坏的情况下,航向角精度仍可由9.4470°提高到1.6859°。     

恶劣天气下的仿生偏振定向方法

针对偏振光导航在恶劣天气下精度显著下降的问题，提出了一种可以在恶劣天气下基于大气偏振模式的定向算法。与现有方法相比，首次将三维块匹配与canny边缘检测结合的思想应用于修复被不同天气破坏的偏振角度图像中。具体而言，将偏振角度图像的修复分为噪声粗处理和边缘提取处理去噪两部分。在噪声粗处理阶段采用三维块匹配算法,在边缘提取处理去噪部分，利用canny边缘检测算法对偏振角度图像进行二次去噪。实验结果表明，该方法不仅能够提高晴朗天空下的定向精度，而且能够显著提升在阴天、沙尘、雾霾等恶劣天气条件下的导航定向精度，即使在偏振角图像对称∞模式被破坏的情况下，航向角精度仍可由9.4470°提高到1.6859°。     

基于双DSP的惯性导航计算机平台设计

为满足某战车用定位定向装置向其核心部件———惯性导航计算机提出的强实时、高精度的定位和导航信息处理要求,介绍了一种采用双DSP＋FPGA的嵌入式计算机平台设计方法。从硬件设计、可编程逻辑设计、软件设计三个方面详细说明基于双TMS320 C6713 B＋FPGA的惯性导航系统计算机平台的实现。针对正交方波、正负脉冲、同步方波等惯导信号的特点展开硬件和可编程逻辑设计。从而满足了系统要求,对同类产品的工程设计具有一定的参考价值。     

基于像素化偏振芯片的仿生偏振光罗盘技术

仿生光罗盘是一种通过借鉴动物视觉器官感知太阳偏振光信息(包括月光)的机理来获得载体航向信息的航向传感器。首先介绍了面向多光谱的像素化的偏振芯片结构参数化设计准则,给出了一种易于集成和小型化的仿生光罗盘总体设计方案,并对仿生光罗盘的主要误差源进行了分析;随后,提出了一种基于天空偏振图像解算载体航向的新方法,并对其环境适应性进行了初步分析;最后,对仿生光罗盘样机进行了静态实验和车载实验,在晴朗天空背景下仿生光罗盘的定向精度优于0.5°。     

听觉诊断设备综合校准实验箱温控系统设计

研究了用于听力诊断设备综合计量校准的实验箱温控系统设计方法。首先对半导体制冷的物理特性和制冷工况进行了分析;进而提出了一种温控系统的设计方案,对温控系统的热负荷进行分析与计算,并给出一种基于半导体制冷器的制冷系统的设计方法;然后对使用的散热器和系统热负荷进行了校核;最后设计了一种基于固态调压模块的热电模块可调直流驱动电路。系统体积小,制冷效率高,既能制冷又能制热,制冷制热能力强,无电磁辐射和音频振动等干扰,具有较高的实用价值。     

变频调速无人机舵机液压助力系统设计技术研究

无人机液压系统一般包括舵机助力液压系统,起落架收放系统及刹车系统。设计了一种无人机舵机使用的变频调速液压系统,通过对系统的动态特性进行仿真分析。结果表明,系统的动态特性稳定,能够满足无人机舵机的助力需求。设计的变频调速无人机舵机液压助力系统具有伺服电动机控制的灵活性和液压系统功率输出大的双重优点,其结构简单,可靠性高,可控性强,功率损失小,能够满足无人机的要求,对无人机液压系统设计具有重要的意义。     

二因素随机效应模型下评估X射线单晶定向系统的重复性和再现性

提出一种以总角度偏差作为观测数据,通过适当转换,从而方便地使用二因素随机效应模型评估X射线单晶定向测量系统重复性和再现性的方法。使用该方法安排了三组实验,分别用MINITAB计算得出了三个测试系统的重复性和再现性,并由此证明了即使在X射线单晶定向系统的校准满足要求的情况下,其测试系统的重复性和再现性也不一定满足要求,需要随时监控。     

基于局部大气偏振特性的仿生导航方法

目前主流的偏振导航算法中，思路通常为通过对全天域偏振图像的获取拟合出太阳子午线或中性点的位置，进而判断导航方向。现提出一种新的导航方向获取算法，可在小视场条件下，通过对太阳方向矢量的拟合判断导航方向。在此基础上进行了计算机仿真和室外实验，利用偏振相机获取了天顶区域大气偏振分布模式；利用斯托克斯矢量分析法解算出了大气偏振模式的分布情况，包括其中偏振度和偏振角的信息，初步证实了解算算法在实际情况下的可行性和精度，导航精度可达到0.2°左右。     

基于EMD-TFPF的仿生偏振光罗盘去噪方法

为了提高仿生偏振光罗盘定向精度,降低罗盘在进行航向角测量时存在的高斯白噪声,基于经验模态分解(EMD)和时频峰值滤波(TFPF),设计了一种用于仿生偏振光罗盘的EMD-TFPF联合去噪方法.在去噪过程中,首先将含噪声的航向角信号分解为不同的模态,对不同模态采用不同窗长进行时频峰值滤波,进而改善了单一窗长去噪对有用信号造成的衰减,有效提高了去噪算法的自适应能力.经过机载实验验证,采用该方法去噪后的仿生偏振光罗盘可以实现定向精度0.3259°,比原始信号精度提升了18.4％.     

多云天气条件下的大气偏振光定向方法

针对多云天气情况下传统的偏振光定向算法精度下降的问题,提出了一种用于多云天气条件下的大气偏振光定向方法。首先,根据已知信息建立任意一个像素点的偏振光定向模型;然后,基于上一步得到的定向模型,利用随机抽样一致算法筛选出符合要求的内点,并根据筛选出的这些内点得出最符合要求的定向模型;最后,利用选取出的最优的定向模型解算出航向角,实现了基于大气偏振光的定向。通过实际数据证明了该方法的有效性,解算出的航向角误差在少云情况下小于0.5°、多云情况下小于1°。     

A multiscale transform denoising method of the bionic polarized light compass for improving the unmanned aerial vehicle navigation accuracy

In recent years, the bionic polarized light compass has been widely studied for the unmanned aerial vehicle navigation. However, it is found from the obtained investigation results that a polarized light compass with a sensitive and high dynamic range polarimeter still provides inferior output precision of the heading angle due to the presence of the noise generating from the compass.The noise is existed not only in the angle of the polarization image acquired by polarimeters but also in the out...     

大视场紧凑型仿生复眼成像系统研究

针对视觉导航系统对小型化、超分辨成像和近程立体视觉的需求,研究了一种基于微端面光纤面板的大视场紧凑型仿生复眼成像系统。利用视轴发散的微小型透镜组进行大视场成像,并以切削斜端面的光纤面板进行图像传输,将大面阵(5120×5120像素)CMOS相机与光纤面板后端面直接耦合实现图像输出,可实现9个视场部分重叠子孔径图像同步实时输出和采集。在实时化拼接处理中,利用CUDA并行加速方法进行图像拼接,单帧的拼接耗时小于30ms。视场部分重叠复眼成像模式还可配置偏振片或滤光片构成全偏振或多光谱成像,在天空偏振光导航、无人机紧急避障、弹载侦察、近程引信以及水下无人潜航器导航等领域具有广泛的应用前景。     

Solar-tracking methodology based on refraction-polarization in Snell's window for underwater navigation

Underwater navigation system is an indispensable part for autonomous underwater vehicles. Due to the indiscernibility of satellite signal, however, the underwater navigation problem is quite challenging, and a satellite-free navigation scheme should be looked for. Polarization navigation, inspired by insects’ capability of autonomous homing and foraging, is an alternative solution to satellite navigation with great application potential. Underwater polarization provides an indirect sun compass t...     

一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法

针对现有组合导航系统易被干扰欺骗以及姿态求解精度不足的问题,设计了惯性测量单元(IMU)与偏振光传感器组成的航姿参考系统(AHRS)。同时,考虑到传统的姿态求解方法精度不高,提出了一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法。将Mahony滤波后的姿态值作为系统观测量,再结合扩展卡尔曼滤波(EKF)实现传感器数据的深层融合,以获得高精度的姿态角信息。实验结果表明：在静态环境下采用混合滤波方法求解的姿态值能有效滤除偏振光传感器和加速度计内部噪声干扰,其稳定性明显优于两种方法各自求解时的情况;在动态实验中该方法能有效抑制单独采用Mahony滤波时存在的超调问题,表现出更高的动态解算精度,从而为偏振光组合导航系统提供了更精确的姿态估计信息。