偏振光导航传感器

偏振导航机理导言偏振导航是一种利用人工合成的偏振光进行定位和导航的技术。

它基于光的偏振性质和地球磁场变化之间的关联，通过观测光传播过程中的光线偏振角度变化，实现精确定位和导航。

本文将探讨偏振导航的机理以及其在现代导航系统中的应用。

一、偏振光的基本概念偏振光是指光中振动方向保持一致的光。

通常，光是以横向电磁波的形式传播的，而电磁波的振动方向可以在垂直于传播方向的平面内任意方向上变化。

偏振光则是指这一振动方向限定在某一特定方向上的光。

二、光的偏振态描述光的偏振态可以用偏振椭圆或偏振矢量来描述。

偏振椭圆是指偏振光在平面垂直于传播方向上的椭圆轨迹。

而偏振矢量则指偏振光的振动方向。

在偏振椭圆中，主要有线偏振和圆偏振两种形式。

线偏振指偏振光在平面垂直于传播方向上的椭圆轨迹为直线。

而圆偏振则是指椭圆轨迹为圆形。

三、光的偏振现象光在传播过程中会发生偏振现象，即光的振动方向发生改变。

这是由于光在各种介质中的传播速度和传播路径与连接光传播方向和电场方向的矢量之间的关系。

其中，最常见的偏振现象是波片的吸收和反射。

当光从介质中经过后，它的振动方向可能发生改变。

这可以用玻璃窗作为例子，当光从窗玻璃中传过来时，有一部分光相对于原来的方向发生了改变。

四、地球磁场与偏振导航地球磁场是指地球周围的磁场空间。

它对地球上的物质和现象起着重要的影响。

由于地球磁场的存在，光在传播过程中会受到磁场的影响，从而导致光的偏振角度发生变化。

基于这个原理，研究人员发展出了偏振导航技术。

通过利用人工合成的偏振光对地球磁场的敏感性，可以实现在地球上的定位和导航。

偏振导航系统利用各种传感器和仪器来测量光的偏振角度变化，并计算出相应的位置和方向信息。

五、偏振导航的应用偏振导航技术在许多领域中都有广泛的应用。

在航空航天领域，偏振导航被用于飞行器的精确定位和导航。

通过测量飞行器周围的偏振光角度变化，可以提供更准确的飞行路径和位置信息，提高飞行安全性。

此外，偏振导航还被应用于海洋勘探、地质勘查、军事侦查等领域。

（1）概述偏振光的优势：在较大范围内很难受人为因素的干扰和破坏，特别是在弱/无卫星导航信号的“特殊环境下”仍能提供导航信息。

由来：偏振光导航传感器就是利用自然偏振特性获取导航信息的导航传感器，这种思想来源于沙蚁、蜜蜂等利用偏振光导航的生物大气偏振模式：太阳光在传输过程中由于大气的散射作用而产生偏振光，并形成的特定的偏振态分布，即大气偏振模式。

大气偏振模式具有以太阳子午线对称分布的特性，包含了丰富的方向和位置信息。

方法：分析研究生物的偏振敏感机制对研制开发新型偏振光导航传感器具有实际的启发和指导意义。

在此基础上，利用光电敏感材料和电子元件模仿其结构和功能，辅以现代信号处理方法，设计一种精度高、抗干扰能力强的偏振光导航传感器并通过科学的实验测试和分析其性能，是这种新型导航系统实现的必经之路。

（2）生物偏振敏感机制沙蚁并不知道任何时刻特定的e-矢量发生在哪里，但是它们的罗盘系统可以成功的处理任何部分天光偏振模式，只要沙蚁在往返途中经历的是同一部分模式。

？？？？？？？？？？昆虫的DRA 小眼具有以下的普遍特征1. 在偏振敏感的DRA小眼中，微绒毛沿感杆束整齐阵列，而在DRA以外的区域，要么是微绒毛排列不整齐，要么是整个感杆束扭曲。

因此，DRA中的偏振敏感性很高而在其它区域微弱或者几乎没有。

2. DRA中每个小眼由微绒毛互相交叉垂直的单向光感受器组成，它们所调谐的e-矢量方向正交，这种对抗机制使系统独立于周围环境的光强。

3. 与一般小眼的感杆束相比，DRA的感杆束在形状、宽度和长度上均有所不同，它们更短并具有更大的横截面。

缩短感杆束可以减少自放映促进偏振敏感度，而加宽感杆束的横截面可以提高绝对灵敏度。

4. 许多昆虫小眼的光学性能退化，从某种程度上显著提高了DRA小眼的视野。

如，蜜蜂DRA小眼的角膜中包含轻微的散射孔道，而蟋蟀DRA小眼既缺少对外角膜又没有放映色素。

这些特征减弱了DRA小眼的光学特性，增强了光感受器的视野作用。

偏振光仪的原理和应用1. 原理偏振光仪是一种用来测量光的偏振状态的仪器。

光的偏振状态描述了光波中电场矢量振动方向的性质。

偏振光仪通过测量光的基本参数，如偏振角、相对光强或光传输方向，来确定光的偏振状态。

偏振光仪的基本原理是利用光的干涉或旋转效应来分析光的偏振特性。

下面介绍几种常见的偏振光仪及其原理：1.1 偏光片偏光片是最简单、最常见的偏振光仪之一。

偏光片可以使特定方向的光通过，而将其他方向的光吸收或减弱。

它的工作原理是利用偏振膜的特殊结构，将特定方向的光分离出来。

1.2 波片波片是一种通过改变光的相位来调节光的偏振状态的偏振光仪。

波片通常由透明光学材料制成，具有不同的光程差。

当一束线偏振光通过波片时，光的相位会发生变化，从而改变光的偏振状态。

1.3 旋光仪旋光仪是一种通过测量光的旋转角度来确定光的偏振状态的偏振光仪。

旋光是指光在通过某些材料时产生的角度旋转现象。

旋光仪利用旋光现象来测量光的偏振状态。

2. 应用偏振光仪在各个领域中都有广泛的应用。

下面列举几个常见的应用：2.1 光学显微镜偏振光显微镜是一种利用偏振光原理观察材料细结构和性质的显微镜。

通过在光源处添加偏振片和波片，可以改变光的偏振状态，并观察材料在不同偏振状态下的显微图像，从而了解材料的光学性质、结构和组织。

2.2 偏振光传感器偏振光传感器是一种用于测量光的偏振状态和偏振参数的传感器。

它可以将光的偏振信息转化为电信号，通过测量电信号的强度、频率或相位来确定光的偏振状态。

偏振光传感器在光通讯、光谱分析和光学成像等领域中具有重要应用。

2.3 光学液晶显示器光学液晶显示器是利用液晶材料对光的偏振状态进行调节，实现图像显示的一种显示技术。

通过在液晶面板上添加偏振片和波片，可以控制光的偏振状态和相位，从而实现图像的显示和调节。

2.4 偏振滤波器偏振滤波器是一种通过选择特定偏振态的光进行滤波的装置。

它可以选择性地透过或阻止特定方向的偏振光，从而实现光的分解、合成和调制。

电流传感器是一种用来测量电流的设备，它可以将电流转换成电压或其他形式的信号输出。

在电流传感器中，光的偏振技术被广泛应用。

本文将介绍光的偏振在电流传感器中的应用，并举例说明其优势和应用场景。

一、什么是光的偏振技术光的偏振是指光线的振动方向在特定平面内的现象。

在光的传播过程中，光线的振动方向可以沿着任意方向，但是在某些情况下，光线的振动方向会被限制在特定的平面内，这种现象就称为光的偏振。

二、光的偏振在电流传感器中的应用在电流传感器中，光的偏振技术被广泛应用。

一般来说，电流传感器中采用的光源是激光，激光光线的振动方向是固定的，因此可以通过光的偏振来测量电流。

具体来说，电流传感器中会使用一个偏振器和一个检测器。

偏振器将光线的振动方向限制在特定的平面内，然后光线穿过被测电流所产生的磁场时，光线的偏振方向会发生旋转。

最后，检测器会测量旋转后的光线的偏振方向，从而计算出电流的大小。

光的偏振技术在电流传感器中的应用具有以下优势：1. 高精度：光的偏振技术可以实现非常高的精度，因为光线的偏振方向可以非常精确地测量。

2. 高灵敏度：光的偏振技术可以实现非常高的灵敏度，因为光线的偏振方向会随着电流的变化而发生微小的变化。

3. 高稳定性：光的偏振技术具有很高的稳定性，因为光线的偏振方向不会受到外界干扰的影响。

三、光的偏振在电流传感器中的应用场景光的偏振技术在电流传感器中的应用场景非常广泛，以下是一些常见的应用场景：1. 电力系统监测：在电力系统中，需要对电流进行实时监测，以确保电力系统的安全和稳定。

光的偏振技术可以实现高精度和高灵敏度的电流监测，因此被广泛应用于电力系统监测。

2. 工业自动化：在工业自动化中，需要对电机和设备的电流进行监测，以确保设备的正常运行。

光的偏振技术可以实现高精度和高稳定性的电流监测，因此被广泛应用于工业自动化领域。

3. 汽车电子：在汽车电子中，需要对电池和发动机的电流进行监测，以确保汽车的正常运行。

光纤传感器原理振幅相位偏振态光纤传感器是一种利用光纤的特性来实现传感功能的设备。

它通过测量光信号的振幅、相位和偏振态等参数来实现对环境的监测和测量。

光纤传感器的原理是基于光的传输特性。

光在光纤中的传输是通过光的全反射实现的。

当光线进入光纤时，由于光的入射角度大于临界角，光会在光纤内部发生反射，沿着光纤的轴向传播。

而当光遇到介质的边界时，会发生折射，改变光的传播方向。

光纤传感器利用这种光的传输特性，通过测量光的振幅来实现对环境参数的测量。

当外界环境参数发生变化时，会引起光的振幅的变化。

光纤传感器可以通过测量光信号的振幅变化来判断环境参数的变化情况。

例如，光纤传感器可以用来测量温度、压力、湿度、震动等参数。

除了振幅，光纤传感器还可以测量光信号的相位。

相位是指光波的起始点与参考点之间的差距。

光纤传感器可以通过测量光信号的相位变化来判断环境参数的变化情况。

相位的测量可以实现更高精度的测量结果。

光纤传感器还可以测量光信号的偏振态。

光的偏振态是指光波的振动方向。

光纤传感器可以通过测量光信号的偏振态变化来判断环境参数的变化情况。

偏振态的测量可以实现对环境参数的更加精确的测量。

光纤传感器的应用非常广泛。

在工业领域，光纤传感器可以用来监测机器设备的运行状态，实现对温度、压力、振动等参数的实时监测。

在环境监测领域，光纤传感器可以用来测量大气中的污染物浓度、土壤中的水分含量等参数。

在医疗领域，光纤传感器可以用来监测患者的生命体征，实现对心率、血压等参数的实时监测。

光纤传感器利用光的传输特性，通过测量光信号的振幅、相位和偏振态等参数来实现对环境的监测和测量。

它具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各个领域。

随着光纤技术的不断发展，光纤传感器的应用前景将更加广阔。

专利名称：偏振光及红外传感器辅助惯导系统定姿方法专利类型：发明专利
发明人：褚金奎,支炜,李晓雨,金仁成,关乐
申请号：CN201310718242.X
申请日：20131223
公开号：CN103712621A
公开日：
20140409
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明偏振光及红外传感器辅助惯导系统定姿方法属于飞行器姿态测量与估计技术领域，涉及一种偏振光及红外传感器辅助惯导系统定姿方法。

该方法采用偏振光传感器、红外传感器测量飞行器的航向角、横滚角、俯仰角与惯性导航系统中陀螺仪测量的三维姿态角进行卡尔曼滤波，将所得最优估计姿态角反馈至惯性导航系统中，提高惯性导航系统的测量精度，本发明将两种方式测量的捷联矩阵进行最优化融合，将融合后结果反馈至惯导系统对其矫正，由惯导系统向用户输出飞行器的位置、速度。

本发明中所用传感器均属于自主导航器件，不易受外界干扰，较GPS、北斗等导航方式，具有一定的防欺骗性和隐蔽性。

申请人：大连理工大学
地址：116024 辽宁省大连市凌工路2号
国籍：CN
代理机构：大连理工大学专利中心
代理人：关慧贞
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仿生偏振导航传感器原理样机与性能测试研究的开题报告一、选题背景和意义随着机器人技术的不断发展，机器人在各行各业中的应用愈加广泛。

其中，机器人的自主导航能力是机器人实现任务的重要保证，而自主导航常常需要依赖传感器获取周围环境信息。

目前，常用的导航传感器有激光雷达、视觉传感器等，但这些传感器在使用时存在着一些问题，如激光雷达易受光照干扰，视觉传感器对光线和复杂环境的依赖性较大。

因此，研究一种新型的导航传感器成为了当今机器人导航领域中的热点问题之一。

本选题选取的是仿生偏振导航传感器。

仿生偏振导航传感器是一种以仿生学原理为基础进行设计的新型传感器，具有成像速度快、不受光照干扰、对复杂环境适应性强等优点。

因此，研究仿生偏振导航传感器的原理以及样机性能，对于提高机器人导航的精度、速度和稳定性具有重要意义。

二、研究内容和目标本研究计划从理论探究到实际验证，分别从以下几个方面展开：1. 仿生偏振导航传感器的基本原理和工作机制的研究：首先探究仿生偏振导航传感器的基本原理和工作机制，研究其仿生学背景和工程应用中的具体体现。

2. 仿生偏振导航传感器样机的设计与制造：在了解了仿生偏振导航传感器的原理之后，根据选题的实际需要设计一种仿生偏振导航传感器的样机，并使用3D打印等技术对其进行制造。

3. 仿生偏振导航传感器性能测试：对制造出来的仿生偏振导航传感器进行性能测试，包括精度、速度和稳定性等方面。

4. GPS和激光雷达的对比实验：对比研究仿生偏振导航传感器和传统导航传感器的精度、速度和稳定性进行实验验证。

本研究的目标是通过对仿生偏振导航传感器原理的研究、样机的设计与制造以及性能测试，探索一种新型导航传感器的应用前景，为机器人导航技术的进一步发展提供参考和支持。

三、研究方法和步骤1. 文献资料研究法：通过查阅相关文献，深入了解仿生偏振导航传感器的原理和应用技术。

2. 数学模型法：基于仿生学原理及导航技术的特点，建立仿生偏振导航传感器的数学模型，探究仿生偏振导航传感器的工作原理和规律。

一种基于天空光的新型成像式仿生偏振导航传感装置李彬;关乐;刘琦;褚金奎【摘要】模仿昆虫偏振导航机理，设计了成像式仿生偏振导航传感装置样机。

研究了天空光偏振分布模型，分析了成像式仿生偏振导航传感装置工作原理。

解决了一般探测装置解算偏振参数需要上位机辅助的问题，使用CMOS图像传感器和数字信号处理器，实时输出导航角度。

进行了室内、室外装置性能测试，获得了3个方向偏振分量标准化强度曲线。

实验结果表明：传感装置室内外角度测量误差分别为-0.8°～0.3°，-1.2°～1.4°，能够较高精度地输出导航角度，可以满足实时导航定位的需要。

%A novel imaging bionic polarization navigation sensing device proto is designed by employing insect strategies for navigation. The skylight polarization distribution model is studied,and work principle of imaging bionic polarization navigation sensing device solves is analyzed. The problem of normal detection device polarized parameters needs upper PC aided,by using CMOS sensor and DSP,real time output navigation angle. Performance experiments are presented indoor and outdoor,and normalized intensity curves of the polarized component in three directions are obtained. Experimental result indicates that error of angle measurement of sensing device is-0. 8°~0. 3°(indoor)and -1. 2°~1. 4°(outdoor),it can output navigation angle with high precision and meet requirement of realtime navigation.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】4页(P69-72)【关键词】偏振导航;天空光偏振分布模型;数字信号处理器;CMOS图像传感器【作者】李彬;关乐;刘琦;褚金奎【作者单位】大连理工大学精密特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116023;大连理工大学精密特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116023;大连理工大学精密特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116023;大连理工大学精密特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TP212现代生物学家通过研究发现，蜣螂等昆虫能够利用其偏振视觉(对天空光偏振方向极其敏感的视觉组织、器官与神经系统)分析天空中存在的一个相对稳定的偏振光(polarized light，POL)分布模式图来进行导航定位[1]。