基于位置约束和航向约束的仿生导航方法研究_马涛，张礼廉，胡小平，何晓峰，练军想著_9787118120110

　　《基于位置约束和航向约束的仿生导航方法研究》以无人平台为应用背景，在深入分析动物导航定位机理的基础上，重点研究了基于网格细胞和位置细胞的位置识别算法、基于昆虫天空偏振光敏感机制的定向方法和基于多传感器组合的混合空间仿生导航算法等内容。
　　《基于位置约束和航向约束的仿生导航方法研究》对从事仿生导航系统设计及实验的工程技术人员具有重要参考价值，也可作为高等学校自主导航相关专业的研究生教材。

　　长航时高精度自主导航技术是无人平台亟待解决的瓶颈技术之一。目前，惯性导航和卫星导航是无人平台使用的主要导航手段，卫星导航系统信号微弱，极易受到干扰，战时面临失效的巨大风险，惯性导航系统因其能够提供自主性及全维导航信息而成为无人平台的核心导航设备，而惯性导航系统存在导航误差随时间累积的固有弱点，单独使用难以满足长航时的导航需求。近些年来，随着仿生、微电子、微纳米等技术的不断发展，仿生导航技术逐渐成为导航技术领域的研究热点，为强电磁干扰等复杂环境下无人平台的自主导航提供了一种全新的技术途径。
　　本书以无人平台为应用背景，在深入分析动物导航定位机理的基础上，重点研究了基于网格细胞和位置细胞的位置识别算法、基于昆虫天空偏振光敏感机制的定向方法和基于多传感器组合的混合空间仿生导航算法等内容。主要研究工作和研究成果总结如下：
　　（1）针对现有位置识别算法存在错误识别和计算量大等问题，在深入分析啮齿目动物网格细胞和位置细胞激活特性的基础上，提出了一种基于网格细胞的拓扑图构建方法和基于位置细胞的拓扑图顶点识别算法。相比现有的位置识别算法，有效地降低了位置识别的错误率、提高了算法的效率和位置识别精度。
　　（2）大气散射模型中Mie散射相比Rayleigh散射，能够更加准确地描述天空偏振光样式，针对能否利用Mie散射模型开展天空偏振光定向研究的疑问，从理论分析和实测实验两方面明确了目前最适合应用于导航定向的大气散射模型是一阶Rayleigh散射模型，量化评估了一阶Rayleigh散射模型在不同天气条件下描述天空偏振样式的精确程度，为利用天空偏振光精确定向提供了理论依据和实验案例支持。
　　（3）充分利用偏振光传感器的原始输出信息，提出了一种基于最小二乘法的偏振光传感器偏振态输出算法，提高了偏振角和偏振度的计算速度和计算精度。应用标定光源偏振度的常值约束，将偏振光传感器的标定问题转化为多目标优化问题，提出了一种基于NSGA-Ⅱ的偏振光传感器标定算法，有效地解决了现有标定方法的病态性问题，并且，该算法的参数估计精度明显高于现有误差标定算法。此外，还给出了一种基于偏振度和水平角辅助的航向角估计算法，实验结果表明，该方法可有效地提高航向角估计精度。
　　（4）提出了一种在欧几里得空间内基于等式约束优化的偏振光／视觉组合导航算法，并采用乘子法求解，有效地抑制了视觉里程计航向角的发散和定位误差的累积。针对仿生导航算法侧重环境结构描述，定位、定向精度较低的问题，将欧几里得空间内基于偏振光／视觉的仿生导航算法与拓扑空间内基于位置细胞的仿生位置识别算法有机地结合在一起，提出了一种混合空间内基于多传感器组合的仿生导航算法，能够同时约束航向角和定位误差的发散，为解决载体长航时、高精度的自主导航难题探索了一种新的技术途径。

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