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偏振光天文导航定位能力分析
王光辉;郭正东;朱海;莫军
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2012()1
【摘要】基于天空光偏振特征的天文导航方式是最近发展起来的一种自动天文导航方式,其定位能力直接决定了它的发展应用价值.针对舰船偏振光天文导航方式,从天空光偏振角的探测模型和单天体天文定位的船位误差模型出发,建立了偏振光天文导航的误差模型.利用该模型,仿真计算分析了偏振光天文导航的定位能力.分析表明:当太阳位于探测装置的正横方向且天顶角较大时,探测到的天空光偏振角对太阳方向的变化最敏感,最有利于偏振光天文导航;当偏振角的测角准确度达到角分水平时,偏振光天文导航方式的自动定位准确度可达海里级,可用于辅助惯性导航.
【总页数】4页(P11-14)
【关键词】偏振;天空光;天文导航;惯性导航
【作者】王光辉;郭正东;朱海;莫军
【作者单位】海军潜艇学院;中国科学院海洋环流与波动重点实验室;中国科学院研究生院
【正文语种】中文
【中图分类】U666.132
【相关文献】
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仿生偏振组合导航抗干扰姿态确定方法研究随着现代航空航天技术的发展，导航系统在飞行器的飞行控制中起着至关重要的作用。
然而，在实际飞行中，飞行器常常受到各种干扰的影响，导致导航系统的精度和稳定性下降。
为了解决这个问题，本文研究了一种基于仿生偏振组合导航的抗干扰姿态确定方法。
首先，本文介绍了仿生偏振导航的基本原理。
仿生偏振导航是一种模仿昆虫的视觉导航系统，通过模拟昆虫的视觉感知机制来确定飞行器的姿态。
偏振导航可以通过感知周围环境中的光线的偏振状态来确定飞行器相对于地面的姿态。
与传统的导航系统相比，仿生偏振导航具有更高的抗干扰能力和更高的精度。
然后，本文提出了一种基于偏振导航的抗干扰姿态确定方法。
该方法利用多个偏振光传感器来感知周围环境中的偏振光信号，并通过对这些信号进行处理来确定飞行器的姿态。
为了提高抗干扰能力，本文采用了多传感器融合技术，将多个传感器的输出进行综合，从而减小干扰的影响。
此外，本文还引入了自适应滤波算法来进一步提高姿态确定的精度。
最后，本文设计了一系列仿真实验来验证所提出的方法的有效性。
实验结果表明，基于仿生偏振组合导航的抗干扰姿态确定方法能够有效地提高飞行器的姿态确定精度和抗干扰能力。
与传统的导航方法相比，该方法在受到干扰的情况下具有更高的稳定性和可靠性。
综上所述，本文研究了一种基于仿生偏振组合导航的抗干扰姿态确定方法。
该方法通过模仿昆虫的视觉导航机制，利用偏振光传感器感知周围环境中的偏振光信号，并通过多传感器融合和自适应滤波算法来提高姿态确定的精度和抗干扰能力。
实验结果表明，该方法在飞行控制中具有较高的可靠性和稳定性，为飞行器的导航系统提供了一种新的解决方案。
1. 理解偏振光的基本概念和特性。
2. 掌握使用偏振片检测不同偏振态光的方法。
3. 通过实验验证马吕斯定律，加深对偏振光理论的理解。
二、实验原理光是一种电磁波，具有横波性质。
当光波的振动方向在某一特定平面内时，我们称这种光为偏振光。
偏振光可分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
线偏振光：光波的振动方向在某一平面内，且该平面的方向与光传播方向垂直。
圆偏振光：光波的振动方向在某一平面内，且该平面的方向与光传播方向垂直，光波的振动方向在传播过程中始终保持在同一圆周上。
椭圆偏振光：光波的振动方向在某一平面内，且该平面的方向与光传播方向垂直，光波的振动方向在传播过程中始终保持在同一椭圆上。
偏振片是一种能够使自然光变为偏振光的器件。
当自然光通过偏振片时，只有与偏振片透振方向平行的光振动分量能够通过，而与透振方向垂直的光振动分量则被吸收。
马吕斯定律指出，当线偏振光通过偏振片时，透射光的强度与入射光的强度和偏振片透振方向与入射光振动方向的夹角余弦的平方成正比。
三、实验仪器与材料1. 自然光源2. 偏振片3. 激光器4. 光具座5. 光电探测器6. 数据采集系统7. 计算机软件1. 将自然光源、偏振片、激光器、光具座、光电探测器和数据采集系统连接好。
2. 将自然光源发出的光通过偏振片，使其变为线偏振光。
3. 将线偏振光通过光电探测器，并记录下光强。
4. 逐渐旋转偏振片，记录下不同角度下光电探测器接收到的光强。
5. 根据实验数据，验证马吕斯定律。
6. 改变自然光源的偏振态，重复上述步骤，观察不同偏振态光通过偏振片后的变化。
五、实验结果与分析1. 当偏振片透振方向与入射光振动方向平行时，光电探测器接收到的光强最大；当偏振片透振方向与入射光振动方向垂直时，光电探测器接收到的光强最小。
这验证了马吕斯定律。
2. 当自然光源发出的是线偏振光时，旋转偏振片可以改变光电探测器接收到的光强。
当自然光源发出的是圆偏振光或椭圆偏振光时，旋转偏振片同样可以改变光电探测器接收到的光强，但光强变化曲线与线偏振光不同。
一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解。
2. 掌握偏振片和波片的工作原理。
3. 验证马吕斯定律，了解偏振光在不同角度下的光强变化。
4. 学习使用偏振光相关仪器，如偏振片、波片和分光计等。
二、实验原理光是一种电磁波，具有横波性质。
在光的传播过程中，光矢量的振动方向可以发生改变，形成偏振光。
偏振光是指光矢量的振动方向在某一特定平面内振动的光。
本实验中，我们使用偏振片和波片来观察和验证偏振光的相关现象。
偏振片可以使自然光变为线偏振光，而波片可以改变光的偏振态。
根据马吕斯定律，当线偏振光通过偏振片或波片时，其光强与偏振片或波片的透振方向与入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角有关。
三、实验仪器与用具1. 偏振片2. 波片3. 分光计4. 激光器5. 光屏6. 透明玻璃板7. 导线8. 电线夹四、实验步骤1. 将激光器发出的光通过偏振片，使光成为线偏振光。
2. 将线偏振光照射到透明玻璃板上，观察光屏上的光斑。
3. 将透明玻璃板旋转，观察光屏上的光斑变化，验证光的偏振现象。
4. 在光屏上放置一个波片，调整波片的透振方向，观察光屏上的光斑变化。
5. 使用分光计测量偏振片和波片的透振方向，记录数据。
6. 根据马吕斯定律，计算不同角度下的光强，并与实验结果进行比较。
五、实验结果与分析1. 当透明玻璃板旋转时，光屏上的光斑会发生明暗交替变化，验证了光的偏振现象。
2. 当波片的透振方向与偏振片的透振方向平行时，光屏上的光斑最亮；当两者垂直时，光屏上的光斑最暗。
这符合马吕斯定律。
3. 通过分光计测量偏振片和波片的透振方向，计算不同角度下的光强，并与理论值进行比较，结果基本吻合。
六、实验结论1. 光具有偏振现象，偏振光的光矢量振动方向在某一特定平面内振动。
2. 偏振片和波片可以改变光的偏振态。
3. 马吕斯定律适用于偏振光的传播和检测。
七、实验讨论1. 本实验中，我们使用了激光器作为光源，激光器发出的光具有高度的单色性和相干性，有利于观察光的偏振现象。
第1篇一、实验目的1. 深入理解光的偏振现象，巩固相关理论知识。
2. 掌握直线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生方法。
3. 学会使用偏振片、波片等实验仪器，进行光的偏振状态分析。
二、实验原理1. 偏振光的产生：自然光经过起偏器后，其振动方向变得有规律，成为偏振光。
2. 偏振光的检验：通过观察光的偏振现象，判断光的偏振状态。
3. 偏振光的分解：利用波片可以将偏振光分解为两个相互垂直的偏振光。
三、实验仪器1. 激光器：提供稳定的单色光。
2. 偏振片：用于产生和检验偏振光。
3. 波片：用于分解偏振光。
4. 光具座：用于固定实验仪器。
5. 光屏：用于观察光斑。
6. 秒表：用于测量时间。
四、实验步骤1. 将激光器发出的光束调整至水平传播。
2. 将偏振片固定在光具座上，使光束通过偏振片。
3. 观察光屏上的光斑，记录光斑形状和亮度。
4. 将波片固定在光具座上，使光束通过波片。
5. 调整波片的角度，观察光屏上的光斑变化，记录光斑形状和亮度。
6. 重复步骤4和5，分别使用两个偏振片和两个波片进行实验。
五、实验数据及处理1. 观察到，当光束通过偏振片后，光屏上的光斑形状变为明暗相间的条纹，说明光束被分解为两个相互垂直的偏振光。
2. 调整波片角度，当波片的光轴与偏振片的光轴平行时，光屏上的光斑最亮；当波片的光轴与偏振片的光轴垂直时，光屏上的光斑最暗。
3. 通过实验，验证了直线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生方法。
六、实验结果与分析1. 通过实验，我们深入理解了光的偏振现象，掌握了直线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生方法。
2. 实验过程中，我们发现波片的光轴与偏振片的光轴平行时，光屏上的光斑最亮；当波片的光轴与偏振片的光轴垂直时，光屏上的光斑最暗。
这验证了偏振光的分解原理。
3. 实验过程中，我们使用偏振片和波片等实验仪器，成功进行了光的偏振状态分析。
七、实验总结本次实验通过观察光的偏振现象，加深了对光的偏振理论知识的理解。
偏振导航光电测试系统设计与实验分析的开题报告题目：偏振导航光电测试系统设计与实验分析一、选题背景随着航空航天技术的不断发展，对于导航系统的要求越来越高。
在光电导航系统中，偏振技术被广泛应用。
偏振导航技术可以通过对光波的偏振状态进行测量和分析来确定飞行器的位置、速度和姿态等信息，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
因此，设计一种高精度的偏振导航光电测试系统，对于提高光电导航系统的稳定性和精度，具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在设计一种高精度的偏振导航光电测试系统，通过对光波的偏振状态进行测量和分析，实现飞行器的位置、速度和姿态等信息的确定。
主要研究内容包括：1. 偏振技术的原理及在光电导航中的应用。
2. 偏振导航光电测试系统的设计和实现，包括硬件和软件设计。
3. 基于该系统的实验研究，对其性能进行验证和分析。
三、研究内容和方法1. 偏振技术的原理及在光电导航中的应用介绍偏振技术的原理和基本概念，探讨其在光电导航中的应用，分析其优势和局限性。
2. 偏振导航光电测试系统的设计和实现根据光学原理和偏振技术的实现方式，设计偏振导航光电测试系统，包括硬件和软件设计。
其中，硬件部分主要涉及光路设计、光电检测器、信息采集和处理器等；软件部分主要包括信号处理、数据分析和算法设计等。
3. 基于该系统的实验研究在实验室中搭建系统，对该系统进行性能测试和实验研究。
主要包括：光电探测器的灵敏度检测、光学偏振器的精度测试、光路的校准、系统输出的精度测试等。
在此基础上，通过实验数据的分析和处理，对系统进行性能验证和分析。
四、研究预期成果1. 设计并实现了一种高精度的偏振导航光电测试系统。
2. 对偏振技术在光电导航中的应用进行了探讨和分析，揭示了其优点和局限性。
3. 基于该系统进行了实验研究，对该系统的性能进行了分析和验证。
提出了可能的优化方案，为进一步提高偏振导航光电测试系统的精度和稳定性提供了基础和参考。
五、进度安排1. 第一阶段：2022年3月-2022年5月，完成偏振技术的原理探讨和系统设计的初步方案。
第1篇一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光的偏振规律的认识。
2. 掌握产生和检验偏振光的光学元件（如偏振片、1/4波片等）的工作原理。
3. 学习使用偏振片进行光路准直和极坐标作图。
二、实验原理1. 光的偏振现象：光是一种电磁波，其电场矢量E在垂直于光传播方向的平面上可以有不同的振动方向。
当光在传播过程中，若电场矢量E保持一定的振动方向，则称为偏振光。
2. 偏振片：偏振片是一种具有选择性吸收特定方向振动光线的材料。
当自然光通过偏振片时，只有与偏振片偏振方向一致的光线能够通过，从而实现光的偏振。
3. 1/4波片：1/4波片是一种厚度为1/4波长（λ/4）的透明介质，它可以将线偏振光转换为椭圆偏振光或圆偏振光。
4. 马吕斯定律：当线偏振光通过一个与其偏振方向成θ角的偏振片时，透射光的强度I与入射光强度I0之间的关系为：I = I0 cos²θ。
三、实验仪器1. 光具座2. 偏振片3. 1/4波片4. 激光器5. 白屏6. 直尺7. 量角器四、实验步骤1. 将激光器发出的激光照射到白屏上，调整激光器与白屏的距离，使激光在白屏上形成明亮的点。
2. 将偏振片放置在激光器与白屏之间，调整偏振片的偏振方向，观察白屏上的光点变化。
3. 记录偏振片偏振方向与光点变化的关系，分析光的偏振现象。
4. 将1/4波片放置在偏振片与白屏之间，调整1/4波片的光轴方向，观察白屏上的光点变化。
5. 记录1/4波片光轴方向与光点变化的关系，分析1/4波片的作用。
6. 将偏振片与1/4波片组合，观察白屏上的光点变化，分析光的偏振现象。
7. 利用偏振片和1/4波片进行光路准直，观察准直效果。
8. 使用直尺和量角器测量偏振片和1/4波片的偏振方向，分析极坐标作图方法。
五、实验结果与分析1. 当偏振片的偏振方向与光点变化方向一致时，光点亮度最大；当偏振片的偏振方向与光点变化方向垂直时，光点亮度最小。
2. 1/4波片可以将线偏振光转换为椭圆偏振光或圆偏振光，当1/4波片的光轴方向与偏振片的偏振方向成45°时，光点亮度最大。
