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基于偏振光的光流导航定位方法

梁登  
【摘要】:现有的成熟导航方法中,卫星定位导航信号易受遮蔽,惯性导航和天文导航需要使用体积大、成本高的物理器件,多普勒导航向外发射雷达波易暴露。本文将受仿生技术启发的偏振光导航和光流导航相结合,提出了基于偏振光的光流导航定位算法,使用本文的算法可以设计出不易受外部干扰、体积小、成本低廉,且具有较高精度的导航定位系统。 首先,可将偏振传感器输出的高精度的航向角转化为飞行器的自运动参数之间的关系,具体来说,就是航向角刻画了飞行器在两个水平方向的平移量的比例关系,相邻两个时间间隔的航向角变化刻画了飞行器绕竖直轴的旋转角度。 接着由于飞行器在高空飞行时,地面场景可以近似为平面,可以采用平面流模型来计算相机六个自运动参数所对应的光流场,根据航向角和绕竖直轴的旋转角,这个计算过程可以改写。之后根据“最小均方误差法”做基于光流的自运动估计,求解相机的自运动参数,进而实现飞行器的跟踪和定位。这就是本文算法的原理。本文分别对偏振光导航、光流导航的适用条件进行了分析,得到了本算法在实际导航中使用需要满足的6个条件。 最后通过MATLAB仿真,将纯光流导航和基于偏振光的光流导航的效果做了对比。实验结果证明,基于偏振光的光流导航定位算法比纯光流导航算法有更高的导航定位精度。 由于本文的导航定位方法所需物理器件体积小、成本低,若将本文的方法应用于无人机导航,可以进一步将无人机体积小、造价低的优势发挥到极致。这是本文方法的巨大应用价值所在。


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