为了实现偏振光传感器在水面波动环境下及编队协同情境下的应用, 并提升无人船导航的抗电磁干扰能力, 设计了一种基于偏振光传感器、微惯性测量单元(MIMU)及全球定位系统(GPS)的组合导航系统, 为偏振光传感器集成了云台底座, 并搭建偏振光无人船平台进行了导航及编队实验。介绍了偏振光导航原理及无人船编队原理; 基于卡尔曼滤波设计了偏振光传感器/MIMU/GPS组合导航算法; 基于上述组合导航算法进行了无人船的循迹与编队实验。循迹对比实验结果表明: 无人船利用偏振光传感器进行组合导航的航向角误差为6.055°, 位置误差为0.209 m, 在磁罗盘受干扰的情况下偏振光组合导航系统仍可正常工作; 编队实验结果表明: 领航船循迹误差为0.425 m,跟随船编队误差为0.707 m。该偏振光传感器可应用于水面环境导航, 偏振光组合导航系统可用于无人船导航与编队。

为了减小空间分辨率下降以及传统插值方法无法较好地适应单元不匹配等因素对分焦面偏振探测系统的影响, 提出了一种基于卷积插值的偏振信息解算方法.用标记、插值方法来提取偏振图像, 从而计算偏振信息.然后, 通过最小二乘法校正分焦面偏振探测系统, 校正后其偏振度误差小于2.5%, 偏振角误差小于0.25°.最后, 利用所提插值方法对不同的探测器与偏振光栅阵列组合实际成像.实验结果表明, 该方法能够有效降低空间分辨率下降的影响, 适应模块化的分焦面偏振探测系统.

Polarization navigation system is a hotspot in the field of bionic navigation. Compared with point source polarized light navigation sensor, the polarization information acquisition method based on image sensor and imaging technolo-gy has better robustness, and it can obtain more polarization information. In this paper, an embedded imaging polari-zation sensor for glimmer environment application is designed and developed. The multi-channel video processing technology of TMS320DM642 is used to capture the polarization information of charge coupled device (CCD) camera with three channels. The images are processed by digital signal processer (DSP) in real time, and the angle of polariza-tion (AOP) image is calculated simultaneously with an acquisition and calculation speed of 10 frame per second. Sen-sor can obtain absolute rotation angle, and the AOP image can be displayed on liquid crystal display (LCD). It pro-vides an effective experimental platform for the research of imaging polarization mode navigation device based on embedded system.

当昆虫视野内存在部分遮挡时, 能够依靠其复眼背部边缘区域中偏振敏感多小眼结构, 感知天空偏振光信息进行导航。模仿该偏振敏感多小眼结构设计了阵列式偏振导航传感器。实际应用中, 传感器视野内的随机遮挡、金属纳米光栅偏振器局部缺陷和尖锐噪声等造成各偏振方向内存在干扰像素影响偏振光强提取, 基于线性灰度拉伸的Otsu阈值分割及3σ法则, 提出了一种具有鲁棒性的偏振光强提取算法。首先, 详述了传感器的偏振导航算法和传感器组成;然后, 基于MFC对话框项目, 开发了传感器的实时监控界面, 实时显示偏振信息变化, 数据更新率达10 Hz;最后, 对传感器进行了测试实验。标定实验结果表明: 该传感器性能稳定, 定向精度±0.25°; 在室外有无遮挡条件下的对比实验结果表明: 该传感器能适应视野内的部分遮挡环境, 具有较好的鲁棒性。

为改善电铸填充高深宽比纳米光栅结构时出现的空洞现象, 本文向电铸液中添加平整剂健那绿, 利用健那绿分子的静电吸附原理消除该工艺缺陷.结合纳米压印技术及电铸工艺, 在柔性基底上完成了纳米压印镍模板的复制.复制过程中, 首先通过热压将硅原始模板上的纳米光栅结构转移到聚合物基底上, 制作出压印所需的软模板; 然后采用溅射工艺在聚合物基底纳米结构表面沉积镍种子层并通过电铸工艺完成纳米光栅结构的填充及复制模板背板的生长; 最后将铸层与聚合物基底进行分离.通过此工艺, 成功复制了一块带有6个1.3 mm×1.3 mm纳米光栅区域的纳米压印镍模板, 模板表面光栅周期为201 nm, 线宽98 nm, 深度104 nm.与原始硅模板相比, 复制模板特征尺寸偏差在5%以内, 表明复制模板特征尺寸与相应原始模板特征尺寸之间有良好的一致性.热压实验后复制模板表面光栅结构周期无偏差, 线宽偏差在2%以内, 实验结果表明复制的纳米压印模板机械强度足以适用于热压过程.

生物利用天空偏振光进行导航的方式给科研人员很大的启发, 越来越多的学者正在进行这方面的研究。精确的天空偏振场图是进行偏振导航的前提条件, 为了获取更加准确的天空偏振场图, 许多成像式偏振探测装置被开发出来。本文提出了一种新型的实时全偏振一体式成像探测传感器, 可以获取全参数Stokes矢量, 进而解算出目标的AOP、DOP、LDOP和CDOP等信息。基于C++语言和OpenCV库, 采用MFC架构开发了上位机程序, 实现了目标偏振信息的实时显示。在最大分辨率下, 视频流的刷新率为3 frame/s, 基本满足了实时探测的需要。对晴朗天气条件下天空偏振场图进行了实际探测, 实验过程中探测器性能稳定, 天空偏振场图与瑞利散射模型具有较高的一致性, 太阳子午线动态识别误差为0.01°~0.23°, 初步证明了探测器的可靠性, 为后续工作奠定了基础。