[發明專利]基于改進仿沙蟻POL神經元的偏振光導航傳感器及工作方法

有效

• 申請號: 201610076257.4
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105606089B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 曹佃國;武玉強;王茂友;郭雷;陳威;王增圻
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

本發明公開了一種基于改進仿沙蟻POL神經元的偏振光導航傳感器及工作方法，其中，該傳感器包括：至少兩個偏振光接收通道，所述偏振光接收通道包括沿入射光線方向同光軸上依次設置的雙凸透鏡、光闌、平凸透鏡、濾光片和偏振片；入射光線經所述雙凸透鏡匯聚后，依次經過光闌和平凸透鏡形成垂直入射的光線，垂直入射的光線經濾光片濾光后獲得單色偏振光，單色偏振光進入偏振片并分成兩路標準正交的光線，兩路標準正交的光線均傳送至光電轉換模塊來獲取偏振光電信號。

技術領域

本發明屬于導航傳感器領域，尤其涉及一種基于改進仿沙蟻POL神經元的偏振光導航傳感器及工作方法。

背景技術

導航主要包括衛星導航系統(GNSS)、慣性導航系統(INS)、天文導航系統(CNS)、數據庫或景象參考導航系統以及無線電導航系統等。慣性導航系統(Inenial Navigation)，應用牛頓力學定律，是一個積分求解的定位系統。它主要由加速度計、導航計算機、陀螺儀以及慣導平臺、導航與補償算法等組成。由安裝于載體內部的加速度計和陀螺儀(通常是由三個加速度計和三個陀螺儀組成慣性測量單元)測量載體慣性空間的比力和角速度，對載體的速度、三維位置與姿態信息計算。用加速度計來測量載體運動的加速度；模擬陀螺儀與平臺構造一個單行坐標系，提供測量坐標基準，并得到載體姿態和方位信息；通過導航算法，完成參數和指令值的運算；對所需參數進行分析，顯示出導航數據。該系統不向外輻射能量，且不依賴外部的信息和硬件；隱蔽性好，抗干擾性強；導航數據具有連續、完整的特點，廣泛應用于航空、航天、航海等領域。慣性導航是一種航位推算導航系統，由于陀螺儀漂移和加速度計誤差，此系統的誤差將隨時間增長。

20世紀初，科學家們不斷發現沙蟻、蝗蟲、蜜蜂、蟋蟀等生物都具有感知偏振光進行導航的能力。有些生物，如非洲糞金龜，甚至可以在夜里利用月光進行偏振光導航。不斷發現的這些生物奧秘深深吸引了眾多的科學家對生物的偏振視覺進行研究，從而不斷推動著人類的發展。

依據仿生學原理，國內外許多學者提出了仿生偏振光導航傳感器模型，其中，比較著名的是Dimitrios Lambrinos等人提出的仿沙蟻POL-神經元的偏振光導航傳感器模型，國內外專家學者紛紛效仿，并做了大量的實驗研究，結果證明，制作仿生偏振光導航傳感器并利用偏振光進行導航是可行的，可以應用在輔助導航方面，具有巨大的研究前景。

同時，仿沙蟻POL-神經元的偏振光導航傳感器模型也不可避免的有些缺點，主要表現在：

1)為了保證一定的光強，偏振光檢測鏡筒不能做的太小，不利于小型化；2)偏振光導航傳感器模型中光電探測器接收到的不是純凈的平行光，經過偏振片的偏振光的偏振度會受到很大的影響；3)不能求出每個光電探測器的輸出量，計算方法較為復雜。

發明內容

為了解決現有技術的缺點，本發明提供一種基于改進仿沙蟻POL神經元的偏振光導航傳感器及工作方法。本發明通過依次設置于入射光線主軸方向上的雙凸透鏡、光闌和平凸透鏡，將入射光線發散為平行光，用于保證光電探測器接收到的光線為平行光，且光線更純凈，達到提高傳感器的分辨率的目的。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于改進仿沙蟻POL神經元的偏振光導航傳感器，包括：至少兩個偏振光接收通道，所述偏振光接收通道包括沿入射光線方向同光軸上依次設置的雙凸透鏡、光闌、平凸透鏡、濾光片和偏振片；入射光線經所述雙凸透鏡匯聚后，依次經過光闌和平凸透鏡形成垂直入射的光線，垂直入射的光線經濾光片濾光后獲得單色偏振光，單色偏振光進入偏振片并分成兩路標準正交的光線，兩路標準正交的光線均傳送至光電轉換模塊來獲取偏振光電信號。

所述濾光片為干涉濾光片。

所述偏振片為偏振分光棱鏡。

所述光闌為孔徑光闌。

光電轉換模塊為光電探測器。