题目：仿生偏振传感器设计及在初始对准中的应用研究

阳光穿越大气层时受到大气分子的散射作用，形成了相对稳定的偏振状态，很多生物都能够对大气偏振状态进行精确感知，并应用于自身的导航、定位。人们从生物的偏振导航行为中得到启发，提出了仿生偏振导航技术，对未来导航技术的发展意义重大。目前仿生偏振导航技术仍处于理论研究阶段，在偏振传感器精度、小型化、偏振信息的获取、偏振导航建模、应用方面难以满足未来复杂条件下高质量导航、定位需求。本论文以实验室现有的偏振导航技术研究成果为基础，结合当前国内外偏振导航技术的发展现状及发展趋势，从偏振传感器的研制、大气偏振信息的获取、偏振导航模型的建立、偏振导航技术的应用等方面提出了一套系统的改进、优化方法，并实现了偏振传感器的高精度、高可靠集成，以及大气偏振信息的多维检测与利用，完成了偏振导航线性模型的建立以及偏振光辅助的惯性系统初始对准仿真实验，取得了良好的理论与实验结果，为全自主仿生偏振组合导航系统的实现提供一定的研究基础。

本论文围绕仿生偏振传感器的设计集成及在初始对准中的应用实现，开展了相关的研究工作，具体研究工作内容如下：

1、基于光电检测的仿生多通道偏振传感器的软硬件设计集成。首先，根据生物大气偏振信息检测机理及大气偏振分布特性，确定了仿生偏振传感器的软硬件设计总体任务。之后，通过调研筛选，使用ROHM公司的数字光强传感器取代传统的光电二极管作为核心光敏元件，选用SILICON LABDRATORIES公司的F34*系列单片机作为传感器后端处理模块，利用串行接口将测量结果上传至上位机，实现数据的存储与分析。本论文设计的多通道大气偏振传感器能够有效实现大气偏振信息的测量，通用I2C接口实现多传感器并行检测，结构简单、精度高。

2、仿生偏振传感器误差分析及标定、补偿。首先，完成了仿生偏振传感器的几种主要误差源的分析，建立误差传递机理模型；其次，针对偏振传感器的几种主要误差源设计了标定、补偿实验，完成了偏振传感器的误差标定、补偿；最后设计了传感器精度测定实验，传感器测量误差优于 ，误差绝对均值0.3596°，均方误差0.4545°，达到国内先进水平。

3、基于多通道偏振传感器的新型大气偏振信息计算方法。首先，完成了基于传感器误差模型的偏振方位角分段优化算法的设计，通过预先确定偏振方位角的分布区间，合理选择偏振方位角计算通道，避免了计算过程中分母为零的问题，同时提高计算精度；其次，基于仿生偏振导航传感器工作原理及大气偏振分布特性，提出一种三传感器复合检测机制，实现了偏振传感器信息的充分利用，为实现偏振导航提供多维量测信息。最后，基于三传感器检测结构，提出了一种三维载体航向确定方法，可用于载体辅助定姿，具有较高的航向角确定精度。

4、偏振导航量测模型建立及初始对准仿真验证。首先，深入分析了大气偏振二维导航模型的实现方式，介绍了二维导航模型在载体导航中的应用原理；其次，基于多传感器量测值实现偏振导航线性模型的建立，大大简化系统模型的复杂性，解决了偏振光导航模型的归一化问题；最后，完成对偏振导航模型在动、静基座初始对准中的仿真验证，与纯惯性自对准相比，提高了静基座初始对准速度和精度，在动基座初始对准中实现了惯导系统全自主动基座初始对准的核心功能。