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《面向仿生微納導(dǎo)航系統(tǒng)的天空偏振光研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要在復(fù)雜的環(huán)境中，導(dǎo)航能力對于動物和機器人來說都是至關(guān)重要的。許多動物應(yīng)用不周的導(dǎo)航策略在它們居住的環(huán)境中生存。例如沙蟻Cataglyphis能夠在數(shù)百米外覓食而返回巢穴時近乎于一條直線。生物學(xué)家的研究表明，沙蟻Cataglyphis能夠借助天空中的偏振光進行導(dǎo)航定位，一是因為天空中存在一個相對穩(wěn)定的偏振光分布模式，二是它本身的視覺神經(jīng)系統(tǒng)對天空中偏振光方向極其敏感。本文從偏振的概念入手，論述了偏振的物理學(xué)基礎(chǔ)和基本光學(xué)原理，然后重點研究了天空中偏振光分布模型和仿沙蟻復(fù)眼結(jié)構(gòu)的偏振光測試系統(tǒng)。對于天空偏振，研究了天空中
2、偏振光產(chǎn)生的機理，分析了天空中偏振光的分布，探討了太陽視位置對全天空偏振光分布模式的影響。根據(jù)Rayleigh散射理論和天文學(xué)知識，利用C-H語言和OpenGL軟件開發(fā)包在VC環(huán)境下進行編程工作，完成了太陽視位置，天空中觀測方向的光束偏振方位角和偏振度信息，以及斯托克斯矢量的計算，并建立了二維和三維的球面模型，對太陽視位置的運動和全天空偏振光分布模式的變化進行了動態(tài)仿真。依據(jù)沙蟻的導(dǎo)航策略，本文論述了一個仿沙蟻復(fù)眼結(jié)構(gòu)的偏振光測試模型。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種偏振光測試的機械裝置，內(nèi)置六個偏振通道，分別放置偏振片和硅光電二極管。該機械裝置與光電處理
3、模塊、數(shù)據(jù)采集模塊共同構(gòu)成了偏振光測試系統(tǒng)。在實驗中，測試系統(tǒng)成功地采集到了三通道的偏振光信號，實驗曲線很好地驗證了沙蟻視覺神經(jīng)系統(tǒng)對天空中偏振光方向敏感的響應(yīng)規(guī)律。關(guān)鍵詞：沙蟻導(dǎo)航；全天空偏振光分布模型：Rayleigh散射；斯托克斯矢量i偏振光測試模型面向仿生微納導(dǎo)航系統(tǒng)的天空偏振光研究ResearchontheSkylightPolarizationfortheBionicMicro—nanoNavigationSystemAbstractTheabilitytonavigateinacomplexenvironmentiscrucial
4、forbothanimalsandrobots．Manyanimalsusedifferentnavigationstrategiestosurviveintheirlivingenvironment．Forexample，thedesertantCataglyphisisabletoforageinhundredsofmetersawaywhilereturnsbacktoitsnestpreciselyonastraightline．Biologists’researchshowsthatthedesertantCataglyphisCal
5、lnavigatewiththehelpoftheskylightpolarization．Itisbecausethatthereisrelativelystablepolarizationdistributioninthesky，atthesametime，ant’svisualnelwoussystemisextremelysensitivetotheorientationofskylightpolarization．Thephysicsfoundationandbasicopticsprincipleofpolarization黜pre
6、sentedinthispaper,andthentheresearchoilbothdistributionmodelofskylightpolarizationandthepolarizationtestingsystemthatimitatesthestructureoftheant’scompoundeyesisfocalized．Forskylightpolarization,skylightpolarization’principleanditsdistributionmodelareexplored．Effectsofthesol
7、arpositionoilthepolarizationdistributionmodeloftheentireskylightarediscussed．BasedontheRayleighscatteringtheoryandAstronomyknowledge，solarposition,polarizationdegree，polarizationazimuthangleandtheStokesvectorinformationonthebeamoflightintheskyalegiven．IntheVCenvironment,C++l
8、anguageandOpenGLsoftwarekitaleusedtoprogram．Two-dimensionalandthree·dimensi
