1、偏振光導航是在對膜翅目昆蟲如沙蟻、蜜蜂、蝗蟲、蟋蟀等導航機理的生物學研究基礎上發(fā)展起來的一種靈活而簡便的導航方法，是視覺導航的重要內(nèi)容，其所依賴的大氣偏振模式是地球固有的自然屬性，具有穩(wěn)定性分布的特點，在短時間內(nèi)很難人為破壞和干擾，特別適合在弱/無衛(wèi)星信號的陌生環(huán)境下實現(xiàn)自主導航，因此該方法無論是在軍事領域還是在民用領域，都有著十分誘人的應用前景。正是在這一背景下，本文在對昆蟲利用偏振光導航的仿生學研究基礎上，結(jié)合現(xiàn)代導航理論和方法，提

2、出利用大氣偏振模式實現(xiàn)運載體空間姿態(tài)參數(shù)獲取的自主導航方法。
　　對昆蟲利用偏振光導航的生物機理進行研究是發(fā)展偏振光導航方法的基礎。我們總結(jié)了文獻中對昆蟲利用偏振光導航的行為學、解剖學和電生理學的相關(guān)研究成果，獲取了利用偏振光導航的生物模型。分析了昆蟲復眼背部邊緣區(qū)小眼偏振感知的生物學機理，在此基礎上，提出了四通道偏振光傳感器及偏振光傳感器陣列的制作方法和實現(xiàn)途徑，為偏振信息獲取和偏振光導航方法的發(fā)展奠定了良好的基礎。
　　

3、大氣偏振數(shù)據(jù)的準確獲取與處理是實現(xiàn)精準導航的必要環(huán)節(jié)。我們利用Matlab軟件，對瑞利散射模型進行重建，獲取了晴朗天空下的理想大氣偏振模式;利用偏振分析儀和轉(zhuǎn)臺，全景鏡頭與單反相機搭建了兩套測量平臺，分別用逐點掃描和圖像處理的方式獲取了實際天空的大氣偏振數(shù)據(jù)。面對獲取到的這些具有復雜結(jié)構(gòu)的偏振數(shù)據(jù)，引入了處理這些大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法—聚類分析，將尋求天空顯著特征點的問題轉(zhuǎn)化為確定相應偏振度類和偏振角類的類中心問題，利用交替優(yōu)化的方法確定出數(shù)

4、據(jù)的最佳匹配結(jié)果。
　　在飛行器飛行過程中，姿態(tài)參數(shù)的實時獲取是實現(xiàn)對飛行器控制的關(guān)鍵，也是本研究要解決的核心問題。我們從偏振數(shù)據(jù)中提取出太陽投影點、太陽子午線、天頂點等特征，獲取到偏振模式的結(jié)構(gòu)信息，分別建立了利用偏振的結(jié)構(gòu)信息、天空特征點信息確定飛行器空間姿態(tài)參數(shù)的三種數(shù)學模型，通過追蹤這些特征點相對于載體坐標系空間位置的變化，建立姿態(tài)變換矩陣方程，求解出姿態(tài)參數(shù)。
　　實驗分析是驗證方法有效性和可靠性的必不可少的環(huán)節(jié)。

5、我們利用獲取的偏振數(shù)據(jù)，對所提的三種方法分別進行靜態(tài)驗證。通過建立的虛擬飛行器控制臺，模擬飛行器在空中轉(zhuǎn)動時的姿態(tài)變化情況。每次實驗中都任意指定其中兩個角度，讓第三個角度從-90°到90°變化，利用所提方法計算相應的姿態(tài)變化值，計算了每個解算參數(shù)的均方根誤差并進行了誤差分析。
　　本文在生物學研究基礎上提出的偏振光導航方法不是對生物模型的簡單復制，它是結(jié)合現(xiàn)代導航理論發(fā)展起來的一種全新的導航方法，既具有生物應用特性，又有現(xiàn)代導航方