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        利用傾角傳感器和電子羅盤采集偏正光信息的新型全球水下定位系統

        來源:鋒華電子  |  時間:2020-04-21  |  瀏覽:75

          全球衛星導航系統,例如美國GPS系統、中國北斗系統、俄羅斯格洛納斯系統、歐盟伽利略系統,都是基于衛星的無線電導航定位系統,可以為手機、電子產品、地面車輛、水面艦船、空中飛機,提供精準的定位與導航服務。但是,衛星導航定位系統的信號是通過無線電波發送的,無線電波卻很難穿透厚厚水層。因而,在水下潛航的潛艇、無人潛航器無法直接利用全球衛星定位導航體系終端,來完成定位導航使命。
          然而,聲波在水中進行觀察和測量時,具有得天獨厚的優勢:傳輸距離遠、穿透力強。科學家們往往借助聲波在水下的傳播特性,完成對于水下目標的探測、定位和通信。例如,西班牙IMDEA Networks 和以色列海法大學合作開發的水聲定位系統。

          除了無線電波和聲波,還有一種可用于定位導航的波,就是光波。偏振光導航是自然界中生物與生俱來的導航方法之一。許多動物,例如:螞蟻、蜜蜂、蟋蟀和候鳥,都有偏振光視覺系統,可利用太陽光在大氣中散射的偏振特性進行導航。

          美國伊利諾伊大學(University of Illinois)的研究人員模仿皮皮蝦眼睛設計出一種受生物啟發的相機,采集偏振光信息,開發出一種新型水下全球定位系統。該研究發表于《科學進展(Science Advances)》,首次展示了利用水下偏振光信息的水下無源全球定位系統。這項技術將為水下導航系統以及理解海洋動物的遷徙行為,打開新的可能性。

          該相機是一種偏振光成像儀,以啟發它的皮皮蝦命名,稱為“皮皮蝦相機”(Mantis Cam)。當光線透過水面產生折射并在水中發生散射時,這種相機正好利用了光線折射或者散射的偏振特性。通過將生物啟發的相機與電子羅盤以及傾角傳感器相結合,在全球不同地點、不同水下深度、不同氣流條件、不同時間測量水下偏振光數據,對水下全球定位系統方案進行測試。能在61千米精度范圍內,定位在地球上所處的位置。

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          這項技術為人類和機器人采用偏振光的視覺線索,更好地在水下導航,打開新的途徑。該水下全球定位系統幫助定位失蹤的航空器,甚至創建出海底的詳細地圖。裝備有傳感器的機器人集群,可以提供水下遙感的低成本方案,比現有方案更劃算。

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