1、編輯ppt偏振光導航傳感器偏振光導航傳感器編輯ppt引言引言 隨著軍事國防事業的發展，對導航定位系統的要求也不斷提高。偏振光導航因其無累積誤差、自主性強、不易受到外界干擾且系統簡單等優點而得到科學工作者們的青睞?？茖W工作者們對能夠利用天空中偏振光分布模式進行導航的昆蟲，如沙漠螞蟻、蜜蜂等進行了研究，并模仿這類昆蟲的視覺神經系統搭建了偏振光導航傳感器，而微型化、集成化無疑會是未來傳感器發展的趨勢。MEMS技術的興起和發展，加速了傳感器的這種發展勢頭。 偏振光導航不僅具有單獨完成導航定位功能的潛能，還可以與其它導航傳感器相互檢測、補充以保證導航數據的準確性。多種傳感器或多個相同傳感器的使用使得傳感

2、器的小型化變得迫切。此外，汽車市場、旅游市場的蓬勃發展無疑擴大了對導航定位傳感器的需求，從軍事走向民生，這也對導航定位傳感器的成本、集成度、便攜性、安裝簡易程度有了更嚴苛的要求。編輯ppt1.偏振光導航傳感器的工作原理偏振光導航傳感器的工作原理1.1 基于瑞利散射理論的大氣天空偏振模型太陽直接輻射的光是無偏振態的，這種無偏振態的太陽光穿過大氣層時被大氣中的原子、分子、顆粒等影響發生散射，從而部分太陽光的偏振狀態改變。自然環境中的偏振光主要有兩大來源：一是大氣和水圈內的散射，其中，地球大氣內的散射主要是Rayleigh散射和Mie散射；二是水面或者其它有光澤的非金屬電解質(如油、巖石和植被)等的

3、表面的反射。 在晴朗天氣下對太陽光的散射主要是Rayleigh散射，這種散射光具有一定的偏振分布規律，根據這些規律建立的大氣天空偏振模型如圖所示。編輯ppt1.2 沙漠螞蟻的導航原理沙漠螞蟻的導航原理 一般來說，昆蟲的復眼分為三部分：背部邊緣區域(dorsal rim area，DRA)、其余背部邊緣區域(DA)以及中央區域(VA)。而不同的昆蟲的復眼又具有數量不等的小眼，每個小眼的結構類似，其中位于背部邊緣區域的小眼特化，有利于偏振光的探測。 圖1為沙漠螞蟻位于DRA區域的單個小眼橫切示意圖。其中，啞鈴型的陰影區域為感桿束，感光細胞R1和R5的微絨毛與其余的感光細胞的微絨毛方向正交。每個微絨

4、毛相當于一個單向感光器，其對特定方向的偏振光刺激的響應為正弦曲線。圖1 位于背部邊緣區域(DRA)的小眼橫切示意圖編輯ppt沙漠螞蟻的視網膜上具有數百個面向不同方向的視神經感桿，每一個感桿僅對與它同向的偏振光敏感。視神經葉部分的中問神經元接受視網膜上偏振敏感方向互相垂直的視神經感桿的輸入，其對視網膜的神經輸入的響應也是正弦曲線，在沙漠螞蟻自身體軸與太陽子午線之間夾角呈10。、60。、130。時響應達到最大，偏振視神經中樞根據中間神經元的不同響應值計算、譯碼得出沙漠螞蟻自身體軸與太陽子午線的夾角。綜上所述，沙漠螞蟻通過視網膜層感知偏振度和偏振方向的分布模式，通過神經中樞層對其響應結果進行綜合處理

5、計算從而實現偏振光導航。編輯ppt1.3 偏振光導航傳感器理論模型偏振光導航傳感器理論模型 此傳感器模仿沙漠螞蟻的視覺神經系統設計而成，其主要包括偏振光檢測部分和電信號處理部分。其中，偏振光檢測部分包括一個集成光電探測器和三個對數放大器。集成光電探測器內含有三個互成600的偏振檢測通道，每個通道由兩個偏振方向相互垂直的偏振光檢測單元組成。偏振光檢測部分將入射到金屬光柵上的光信號最終轉換為電壓信號；而電信號處理部分主要由控制電路組成，其通過一定的算法對對數放大器輸出的電壓信號進行處理從而得到偏振角度。 通過以上算法可以求出天空偏振光的偏振角度，即傳感器體軸與偏振光的E矢量之間的夾角。由于偏振光E

6、矢量與太陽子午線互相垂直，并且在固定的時問、地點下太陽子午線與正南正北方向的夾角為太陽方位角，因此在偏振角度上加上90。和太陽方位角便可得到傳感器體軸與正南正北方向的夾角，即可得到導航角度。編輯ppt2.偏振光導航傳感器硬件設計偏振光導航傳感器硬件設計 偏振光傳感器主要由偏振光檢測模塊、控制處理模塊和電源模塊組成，其中，偏振光檢測模塊由集成光電探測器和對數放大電路組成，實現偏振光檢測、光電轉和信號放大等功能：控制處理模塊包括JTAG接口部分、串口通信部分以及AD轉換部分，能夠實現程序下載和調試、數據的轉換和傳輸等功能；電源模塊則包含三個電壓轉換電路，為傳感器內各種芯片提供供電電壓。本傳感器還可以外接GNSS模塊，來獲得傳感器所在位置的經緯度信息。偏振光傳感器結構圖如圖2所示。圖2 傳感器結構圖編輯ppt3.偏振光導航傳感器程序設計偏振光導航傳感器程序設計 偏振光導航傳感器的程序設計采用IAR公司的Embedded Workbench for MSP430(EW430)開發軟件作為MSP430單片機的開發環境。IAR EW430開發軟件作為一種集成式開發環境，提供了工程管理、程序編輯、代碼下載、調試等功能，此外，還提供了一個針對430處理器的編譯器(ICC430編譯器)。MSP430單片機含有JTAG接口和FLAS