一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统技术方案

本发明专利技术公开一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统，包括多光谱仿生偏振模块，地平线姿态传感模块，光流传感模块，惯性辅助模块，光学导航信息融合处理器，存储模块，通信模块，电源模块及接口电路。多光谱仿生偏振模块包括绿色光谱、蓝色光谱、紫外光谱偏振传感器和多光谱航向解算单元；地平线姿态传感模块包括CCD相机、RJ45接口和姿态信息解算单元；光流传感模块包括光流传感器组、I2C接口和光流处理单元；惯性辅助模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计；存储模块用于存储导航信息。本发明专利技术基于自然生物对光学信息的感知特性实现全光学信息的自主导航，不依赖GNSS等有源导航方式，适用于电磁干扰等环境复杂未知的应用领域。

An all optical bionic autonomous navigation system in complex environment

【技术实现步骤摘要】
一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统
本专利技术涉及一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统，基于自然界中生物对光学信息的感知特性，实现了全光学方式的自主导航，不依赖于GNSS和地磁等其他导航信息，可在GNSS信号缺失等复杂环境中提供高可靠的载体位置和航姿信息，具有强自主性和环境适应性，可应用于电磁干扰等环境复杂未知的领域。
技术介绍
自然界生物具有显著的环境适应能力，它们可以在复杂陌生的环境中完成外出觅食和归巢活动。研究表明，生物利用自然界中的多种光学信息实现对自己觅食归巢活动的定位和导航。例如，蜜蜂和飞蛾利用光流信息感知飞行速度；鸟类利用地平线信息感知姿态信息；沙蚁、蝗虫、蟑螂等利用天空中的偏振光信息进行导航，并且感受的偏振光波段不同。研究表明，沙蚁感受紫外光谱的偏振信息，蝗虫感受绿色波段的偏振信息，蟑螂感受蓝色波段的偏振信息等等。受这类生物的高自主活动方式的启发，可设计一种全光学的自主导航系统，该系统利用多光谱环境下的偏振信息、地平线信息和光流信息等光学信息为载体提供可靠的航姿和位置参考，不需要依赖于GNSS等有源设备，具有极强的复杂环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统，其特征在于：所述导航系统不依赖GNSS有源导航信号，具有高度的自主性；它包括：光学导航数据融合处理器(1)、多光谱仿生偏振模块(2)、地平线姿态传感模块(3)、光流传感模块(4)、惯性辅助模块(5)、电源模块(6)、存储模块(7)、通信模块(8)和接口电路(9)；/n所述的多光谱仿生偏振模块(2)通过解算不同波段天空光的偏振度和偏振方位角信息，为导航系统提供航向参数；多光谱仿生偏振模块(2)包括：绿色光谱偏振传感器(18)、蓝色光谱偏振传感器(19)、紫外光谱偏振传感器(20)和多光谱航向解算单元(17)；绿色光谱偏振传感器(18)采集天空偏振光绿光...

【技术特征摘要】
1.一种复杂环境下的全光学仿生自主导航系统，其特征在于：所述导航系统不依赖GNSS有源导航信号，具有高度的自主性；它包括：光学导航数据融合处理器(1)、多光谱仿生偏振模块(2)、地平线姿态传感模块(3)、光流传感模块(4)、惯性辅助模块(5)、电源模块(6)、存储模块(7)、通信模块(8)和接口电路(9)；
所述的多光谱仿生偏振模块(2)通过解算不同波段天空光的偏振度和偏振方位角信息，为导航系统提供航向参数；多光谱仿生偏振模块(2)包括：绿色光谱偏振传感器(18)、蓝色光谱偏振传感器(19)、紫外光谱偏振传感器(20)和多光谱航向解算单元(17)；绿色光谱偏振传感器(18)采集天空偏振光绿光波段的偏振方位角和偏振度信息，蓝色光谱偏振传感器(19)采集天空偏振光蓝光波段的偏振方位角和偏振度信息，紫外光谱偏振传感器(20)采集天空偏振光紫外波段的偏振方位角和偏振度信息，多光谱航向解算单元(17)依据绿色光谱偏振传感器(18)、蓝色光谱偏振传感器(19)和紫外光谱偏振传感器(20)获得的偏振度参数，切换使用绿色、蓝色、紫外光谱偏振传感器的偏振方位角参数，满足各种复杂天气状况下偏振信息的测量，偏振信息的多源测量保证导航系统具有良好的环境适应性；
所述地平线姿态传感模块(3)通过提取图像中的地平线信息，为导航系统提供载体的横滚角和俯仰角量测信息；它由CCD相机(23)、RJ45通信接口(22)和姿态信息解算单元(21)组成；通过载体前视CCD相机(23)采集图像，并从图像中提取地平线信息，在姿态信息解算单元(21)中根据地平线信息在相机坐标系和导航坐标系之间的坐标确定载体的横滚角和俯仰角；
所述光流传感模块(4)，测量载体的运动速度，为导航系统提供三维速度量测信息；它由光流传感器组(24)、I2C通信接口(25)和光流处理单元(26)组成；
所述的惯性辅助模块(5)提供惯性信息对全光学导航系统进行辅助导航；它由三轴陀螺仪(27)和三轴加速度计(28)组成；
所述通信模块(8)用于多光谱仿生偏振模块(2)、地平线姿态传感模块(3)、光流传感模块(4)和惯性辅助模块(5)与光学导航信息融合处理器(1)进行数据传输，它包括USART1(13)、USART2(14)、USART3(15)和SPI(16)；
所述的存储模块(7)与光学导航信息融合处理器(1)相连，用来存储导航解算的数据；
所述的电源模块(6)分别与光学导航信息融合处理器(1)、多光谱仿生偏振模块(2)、地平线姿态传感模块(3)、光流传感模块(4)、惯性辅助模块(5)和存储模块(7)连接，为各模块的正常运转提供能源；
所述的全光学仿生导航系统中，多光谱仿生偏振模块(2)的绿色光谱偏振传感器(18)、蓝色光谱偏振传感器(19)和紫外光谱偏振传感器(20)分别独立解算不同波段天空光的偏振度和偏振方位角信息，经多光谱航向解算单元(17)得到载体航向信息和偏振信息，通过USART1(13)通信传输到光学导航信息融合处理器(1)；CCD相机(23)通过RJ45通信接口(22)与姿态信息解算单元(21)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，任浩男，杨健，刘鑫，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11