基于自然偏振特性的仿生偏振光导航是利用地球自然属性之一的大气偏振模式，获取罗盘信息的一种新型自主仿生导航方法，涉及生物学、信息科学、光学、大气科学等多门学科，是多学科的交叉与融合。本书从自然界的偏振现象出发，介绍了生物的偏振视觉、沙蚁的导航行为学及其偏振光感知机理，在此基础上详述了仿生偏振光导航传感器设计、航向译码模型的建立和大气偏振模式的特性和表征方法，最后介绍了基于大气偏振模式的罗盘信息获取方法和仿生偏振光导航平台。
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第1章 生物的偏振视觉 1
1.1 自然界中的偏振现象 1
1.2 大气偏振模式 2
1.3 生物的偏振视觉 4
1.4 仿生偏振光导航的内涵 6
参考文献 7
第2章 沙蚁的导航行为学 9
2.1 沙蚁的导航机制 9
2.2 沙蚁导航信息的来源 10
2.3 偏振光导航 11
2.3.1 沙蚁的偏振光罗盘 11
2.3.2 沙蚁的里程计 16
2.4 地标导航 19
2.4.1 地标导航行为 19
2.4.2 Snapshot模型 21
参考文献 22
第3章 沙蚁的偏振光感知机理 24
3.1 复眼 24
3.1.1 复眼的结构 24
3.1.2 DRA 26
3.1.3 沙蚁的复眼 28
3.2 POL-神经元 29
3.2.1 POL-神经元的响应机制29
3.2.2 偏振敏感神经系统 31
参考文献 33
第4章 仿生偏振光导航传感器 34
4.1 仿生模型 34
4.1.1 偏振光感知模型 34
4.1.2 偏振信息处理过程 35
4.2 传感器的设计 37
4.2.1 传感器的结构 37
4.2.2 传感器的电路 39
4.3 误差分析 41
4.3.1 传感器的标定 41
4.3.2 测角误差分析 45
4.3.3 误差补偿方法 47
参考文献 51
第5章 仿沙蚁偏振光导航的航向译码模型 53
5.1 沙蚁偏振信息处理的模型猜想 53
5.2 仿沙蚁POL-神经元响应的航向译码模型 55
5.2.1 模型结构 56
5.2.2 模型验证 57
5.3 APPO模型 60
5.3.1 模型结构 61
5.3.2 模型训练 62
5.3.3 模型仿真 66
参考文献 68
第6章 生物偏振光导航的紫外悖论 70
6.1 紫外悖论的十种假设 70
6.2 偏振光测角的光谱特性 73
6.2.1 测试方法 73
6.2.2 不同光谱下的测角结果 74
6.3 紫外悖论的解释 78
参考文献 80
第7章 大气偏振模式的表征 82
7.1 粒子散射原理 82
7.1.1 瑞利散射原理 82
7.1.2 米氏散射原理 84
7.2 大气偏振模式的瑞利表征方法 88
7.2.1 光线传输坐标系 88
7.2.2 瑞利散射模型 89
7.3 大气偏振模式的Berry表征方法 91
7.3.1 天空中的中性点 91
7.3.2 Berry散射模型 92
7.4 蒙特卡罗散射模型 94
7.4.1 蒙特卡罗算法过程 94
7.4.2 蒙特卡罗算法建模表征 96
7.5 散射模型的复平面表征 97
参考文献 100
第8章 大气偏振模式的特性 101
8.1 偏振模式检测方法 101
8.2 瑞利天气下的偏振模式 103
8.2.1 全天偏振模式的变化特性 103
8.2.2 大气偏振模式的光谱特性 107
8.3 环境因素对大气偏振模式的影响 109
8.3.1 天气因素对偏振模式的影响 109
8.3.2 地表因素对偏振模式的影响 112
8.4 大气偏振模式的对称性 114
8.4.1 大气偏振模式对称性理论解析 114
8.4.2 实际大气偏振模式对称性 117
参考文献 120
第9章 大气偏振模式导航方法 121
9.1 导航坐标系与参考基准 121
9.1.1 坐标系定义 121
9.1.2 参考基准 123
9.2 局部天空偏振模式导航方法 124
9.2.1 单传感器航向角获取 124
9.2.2 测角歧义性问题 125
9.2.3 局部天空导航方法的局限性 127
9.3 全天空偏振模式导航方法 128
9.3.1 对称性模型与提取方法 128
9.3.2 航向角计算方法 130
9.4 偏振模式对称性参数反演的航向角获取算法 133
9.4.1 算法思想 133
9.4.2 算法实现 134
9.4.3 结果分析 139
9.5 偏振模式图像对称性检测的航向角获取算法 141
9.5.1 算法思想 142
9.5.2 算法实现 142
9.5.3 结果分析 147
参考文献 150
第10章 仿生偏振光导航平台 152
10.1 利用偏振光信息的导航策略 152
10.1.1 单信息源的偏振光导航方法 152
10.1.2 多信息源组合导航方法 154
10.1.3 基于仿生偏振光/GPS/地磁的多信息源组合导航方法 156
10.2 组合导航平台 160
10.2.1 平台总体结构 160
10.2.2 系统架构 161
10.2.3 系统控制方案 163
10.2.4 组合导航平台的实现 166
10.3 实验与分析 168
10.3.1 单信息源的仿生偏振光导航实验 168
10.3.2 偏振光/GPS/地磁多信息源组合导航实验 171
参考文献 178
彩图 180
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