多方向偏振光实时定位样机的设计与搭建
全天域大气偏振模式实时测量系统设计与实现图文
数据采集与处理模块设计
A/D转换电路
采用高精度A/D转换器，将模拟信号转换为 数字信号进行处理。
数据存储
设计大容量存储器，用于保存采集到的数据， 以便后续分析和处理。
数据预处理
对采集到的原始数据进行滤波、放大、去噪 等预处理操作，提高数据质量。
数据传输
通过通信接口将处理后的数据实时传输给上 位机或其他设备。
全天域大气偏振模式实时测量系统 设计与实现图文
目录
• 引言 • 全天域大气偏振模式实时测量系统总体设
计 • 光学系统设计 • 控制与数据采系统设计 • 软件算法设计与实现 • 系统性能测试与结果分析 • 总结与展望
01 引言
研究背景和意义
大气偏振模式
描述大气中光线传播方向的偏振 状态，与天气、气候、环境等密
切相关。
实时测量需求
大气偏振模式的实时测量对气象、 环境、航空等领域具有重要意义。
技术挑战
现有测量技术存在精度低、稳定性 差等问题，难以满足实时测量需求。
国内外研究现状及发展趋势
国内外研究现状
目前，国内外学者已经开展了一系列 大气偏振模式测量技术的研究，包括 地基、空基和天基等多种观测方式。
发展趋势
偏振分束器
将入射的偏振光分为两个正交的分量，以便后续测量。
光电探测器
将光信号转换为电信号，以便进行数据采集和处理。
控制与数据采集系统
用于控制整个系统的运行，以及采集、存储和处理数据。
望远镜参数选择与优化
口径与焦距
根据实际需求选择合适的口径和 焦距，以获得所需的空间分辨率 和视场角。
光学材料
选用具有高透过率、低色散和低 吸收的光学材料，以减少光损失 和色差。
基于偏振光的立体显示设备搭建-精简
液晶反射偏振示意上
立体显示的历史—1839年
Sony 3D头盔显示器
液晶显示器的原理
• 液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器。它具 有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等 优点。
• 液晶显示器（LCD）的原理与阴极射线管显示器 （CRT）大不相同。LCD是基于液晶电光效应的显 示器件
• 分类：
–扭曲向列型液晶显示器 –TFT型液晶显示器 –高分子散布型液晶显示器
立体视觉的原理
• 由于立体视觉是基于视差而来，因此3D 立体显示 的基础，就是要以人工方式来重现视差
• 简单说就是想办法让左右两眼分别看到不同的影 像，借以模拟出立体视觉。
被動式立体显示：色差立体
• 最早问世的是采用红色与蓝色（或红色与绿色）滤色片构 成的3D 立体眼镜，眼镜本身的成本很低（可使用红蓝玻 璃纸与纸板制作），早期的3D 立体电影多采用此方式， 分别投射出经红色滤光与蓝色滤光的画面，再让观看者配 戴红蓝3D 立体眼镜来观看
搭建完成后实际效果图
微调后的效果图
系统原理
Lens of the HMD
Prototype of the system
Inner structure of prototype
The appearance of the prototype
入射波电场只有s分量的情形：
菲涅尔公式的描述
入射波电场只有p分量的情形：
• 这层偏光膜起到透光的作用。只要改变刺激液晶排列方式 的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩。
液晶显示器的原理
液晶显示器的原理
• 如果在液晶盒上施加一定值的电压，液晶长轴开 始沿电场方向倾斜
• 当电压达到约2倍阈值电压后，除电极表面的液晶 分子外，所有液晶盒内两电极之间的液晶分子都 变成沿电场方向的排列
偏振光定位样机的设计与搭建
大连理工大学硕士学位论文
目录
摘 要 ............................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................ III 1 绪论 .............................................................................................................................. 1
仿生偏振光GPS地磁组合导航方法设计及实现的开题报告
仿生偏振光GPS地磁组合导航方法设计及实现的开题报告1.研究背景北斗卫星导航系统作为国家战略，正逐渐成为我国航空、海洋、军事等领域定位导航的重要手段。
但由于人工干扰、自然环境等因素的影响，GPS信号的可靠性和精度并不稳定。
因此，如何提高GPS导航系统的可靠性和精度是当前GPS领域的研究热点之一。
为了提高GPS的可靠性和精度，目前研究人员普遍采用了多种传感器信息融合技术，如惯性导航、视觉传感器和地磁传感器等。
其中，以地磁传感器为主要辅助手段的GPS地磁组合导航系统具有高精度、低成本、适应性强等优点，因此备受研究人员的重视。
然而，当前的GPS地磁组合导航系统还存在定位精度受外部干扰干扰大、使用成本高、精度误差难以理解等问题，因此，如何进一步提高GPS地磁组合导航系统的精度和可靠性，仍需要开展更深入的研究。
2.研究内容本研究将针对GPS地磁组合导航系统中存在的问题进行研究，以提高其定位精度和可靠性。
具体研究内容包括：（1）采用仿生偏振光技术对地磁传感器数据进行处理，提高其抗干扰和精度；（2）设计新型的GPS地磁组合导航算法，实现对GPS及地磁传感器数据的有效融合，并提高定位精度；（3）在实际环境中搭建仿真实验平台，验证新算法的性能和可靠性。
3.研究意义本研究通过引入仿生偏振光技术，提高了地磁传感器的抗干扰和精度，从而进一步提高了GPS地磁组合导航系统的可靠性和精度。
设计的新算法能够有效地融合GPS及地磁传感器数据，降低了误差，进一步提高了定位精度。
研究结果对于提高GPS地磁组合导航系统的可靠性和精度，提高GNSS导航应用水平和增强国家战略应用意义重大。
光的偏振实验的设计与分析
光的偏振实验的设计与分析在物理学中，光的偏振是指光波在传播过程中，振动方向固定的特性。
为了研究光的偏振行为，科学家们设计了一系列实验来观测和分析光的偏振现象。
本文将详细介绍光的偏振实验的设计与分析方法。
一、实验设计1. 实验目的光的偏振实验的目的是研究光波的振动方向和光的偏振状态，了解光的偏振现象的性质与特点。
2. 实验器材（1）光源：可以使用激光器或者白炽灯等作为光源。
（2）偏振片：用于调节和分析光的偏振状态。
（3）旋光器：用于生成和调节偏振角度。
（4）光学仪器：例如准直器、聚焦透镜等。
3. 实验步骤（1）准备工作：搭建实验装置，保证光源稳定和光路清晰。
（2）调节偏振片：逐渐旋转偏振片，观察并记录光的亮度变化。
确定光的传播方向和偏振轴。
（3）偏振片的组合：使用两个偏振片，分别设置不同角度的偏振片，观察透过的光强度变化。
记录每个角度下的光强度。
（4）测量光强度：使用光电探测器等设备，测量透过不同角度偏振片组合的光强度，并绘制图表。
（5）分析数据：根据实验结果，分析光的偏振状态、偏振轴以及光强度的变化规律。
二、实验分析光的偏振实验结果的分析可以从以下几个方面进行。
1. 光的偏振状态光的偏振状态根据偏振片的设置角度不同而变化。
当两个偏振片的偏振轴平行时，透过的光强度最大；当两个偏振片的偏振轴垂直时，透过的光强度最小。
通过记录不同角度下的光强度，可以确定光的偏振状态。
2. 光的偏振轴光的偏振轴是指光波传播方向中的振动方向。
通过旋转偏振片，当光的亮度最大或最亮时，可以确定光的偏振轴与偏振片的角度。
3. 光的偏振性质根据实验数据的分析，可以了解光的偏振特性。
例如，当透过两个偏振轴垂直的偏振片时，光强度最小；当两个偏振轴平行时，光强度最大。
同时，可以研究光波在不同偏振状态下的干涉、衍射等现象。
4. 实验误差在实验过程中，可能会存在一些误差，例如光源的不稳定性、仪器的误差等。
在数据分析时，需要考虑这些误差对实验结果的影响，并进行相应的修正和讨论。
偏振导航光电测试系统设计与实验分析的开题报告
偏振导航光电测试系统设计与实验分析的开题报告题目：偏振导航光电测试系统设计与实验分析一、选题背景随着航空航天技术的不断发展，对于导航系统的要求越来越高。
在光电导航系统中，偏振技术被广泛应用。
偏振导航技术可以通过对光波的偏振状态进行测量和分析来确定飞行器的位置、速度和姿态等信息，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
因此，设计一种高精度的偏振导航光电测试系统，对于提高光电导航系统的稳定性和精度，具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在设计一种高精度的偏振导航光电测试系统，通过对光波的偏振状态进行测量和分析，实现飞行器的位置、速度和姿态等信息的确定。
主要研究内容包括：1. 偏振技术的原理及在光电导航中的应用。
2. 偏振导航光电测试系统的设计和实现，包括硬件和软件设计。
3. 基于该系统的实验研究，对其性能进行验证和分析。
三、研究内容和方法1. 偏振技术的原理及在光电导航中的应用介绍偏振技术的原理和基本概念，探讨其在光电导航中的应用，分析其优势和局限性。
2. 偏振导航光电测试系统的设计和实现根据光学原理和偏振技术的实现方式，设计偏振导航光电测试系统，包括硬件和软件设计。
其中，硬件部分主要涉及光路设计、光电检测器、信息采集和处理器等；软件部分主要包括信号处理、数据分析和算法设计等。
3. 基于该系统的实验研究在实验室中搭建系统，对该系统进行性能测试和实验研究。
主要包括：光电探测器的灵敏度检测、光学偏振器的精度测试、光路的校准、系统输出的精度测试等。
在此基础上，通过实验数据的分析和处理，对系统进行性能验证和分析。
四、研究预期成果1. 设计并实现了一种高精度的偏振导航光电测试系统。
2. 对偏振技术在光电导航中的应用进行了探讨和分析，揭示了其优点和局限性。
3. 基于该系统进行了实验研究，对该系统的性能进行了分析和验证。
提出了可能的优化方案，为进一步提高偏振导航光电测试系统的精度和稳定性提供了基础和参考。
五、进度安排1. 第一阶段：2022年3月-2022年5月，完成偏振技术的原理探讨和系统设计的初步方案。
基于偏振光的立体显示设备搭建方案
基于偏振光的立体显示设备搭建方案班级：01430803学号：2080388姓名：薛蕃衍一、利用菲涅尔公式测液晶显示器的偏振状态。
研究一束光在界面反射、投射问题时，可以将光分解为s分量和p分量，然后利用菲涅尔公式进行计算。
当半反半透玻璃板与液晶屏夹角为四十五度时，由屏幕出射的光到达玻璃板时入射角也为四十度，根据菲涅尔公式可知s分量偏振方向会改变九十度，p分量偏振方向不变。
如下图。
因此可以推知偏振态沿对角方向才可以是反射光和投射光偏振态垂直。
二、显示平台搭建1．实验设备（1）一台计算机主机（2）两台同尺寸的TN面板液晶显示器（3）一块半反半透玻璃（尺寸与液晶显示器尺寸相当）（4）一副普通线偏光眼镜2．实验过程（1）检测液晶显示器的偏振状态。
使用一块玻璃和一台带有液晶显示器的计算机，同时配合普通的线偏光眼镜，让学生自己设计出能够检测液晶显示器的偏振状态的实验方案。
（提示：从菲涅尔公式的角度出发）（2）然后测试线偏光眼镜，用线偏光眼镜水平方向对着显示器，可以看到液晶偏光正好与左镜片偏光方向一致。
垂直眼镜，可以看到液晶偏光正好与右镜片偏光方向一致。
（3）在一台计算机上接好双显示器，并且将双显示器设置为水平扩展模式。
这时通过偏光眼镜的左镜片只能看到显示器1的内容，通过偏光眼镜的右镜片只能看到显示器2的内容。
（4）将显示器1正常放置于观看者的正前方，将显示器2 放置在显示器1的左侧并且与显示器1相垂直。
将半反半透玻璃夹在两显示器之间，与两显示器的夹角为45度。
图5 显示器以及半反半透玻璃的放置方式图6 搭建的实物图（5）设置计算机桌面为左右中心对称的简单图形，方便调整影像，如下例所示。
图7 计算机桌面样式搭建到这一步为止，通过半反半透玻璃看到的图形如下：图8 搭建完成后实际效果图（6）微调镜子的角度以及显示器的方向和位置把镜中显示器2和镜子后的显示器1的影像尽量重合在一起。
此时通过正面观察，显示器1和显示器2的影像应该已经融合在一起，显示器2显示为反转的镜像。
巧用废旧材料制作偏振光综合演示仪
巧用废旧材料制作偏振光综合演示仪作者：姜先策王永瑛来源：《科技创新导报》 2014年第6期姜先策王永瑛（海军航空工程学院青岛校区 266041）摘要：该文简要介绍了如何巧妙利用废旧材料制作可演示多种光的偏振现象及规律的综合演示仪器。
关键词：偏振光演示制作中图分类号：O436;O4-33 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)02(c)-0086-01很多学生对于偏振光比较陌生，缺少感性认识，许多教师在手头没有演示仪器的情况下，往往借助于动画演示辅助教学，但教学效果并不理想。
其实，利用我们身边经常见到一些废旧材料，很容易制作出可以演示多种偏振光现象及规律的演示仪器。
1 偏振光演示仪各组成部分的制作1.1 起偏器和检偏器的制作材料准备：3D电影偏振眼镜一副（镜片为偏振薄膜），矿泉水瓶2个。
制作方法及步骤：(1)将两个矿泉水瓶的瓶盖用小刀从中心挖一直径约为25mm的圆孔。
(2)根据瓶盖的内径大小，用剪刀将3D电影偏振眼镜上的偏振薄膜剪成圆形，大小要能正好放入瓶盖内部；(3)用万能胶将两个圆形偏振薄膜分别粘在两个瓶盖内部；(4)用剪刀将一个矿泉水瓶的瓶口部分剪下，将加工好的瓶盖拧到瓶口的两端，制作完成。
1.2 起偏器、检偏器和光源的支座的制作材料准备：废光盘三张，软盘塑料盒一个（可以装多张软盘的，也可用其他方形塑料盒或硬纸板盒代替）。
制作方法及步骤：(1)起偏器和检偏器支座的制作：用小钢锯对软盘塑料盒进行切割加工，制作出如图1所示支架，支座凹槽部分的宽度要与矿泉水瓶瓶口外径相同，加工好后将其用万能胶粘在一张光盘表面，注意要使凹槽的中垂线穿过光盘轴心如图2（a）所示。
(2)光源支座的制作：用小钢锯对软盘塑料盒剩下部分加工，切割出两块形状如图1所示的支座，图中圆孔将用来放置微型手电。
另取一张光盘，用美工刀将一张废光盘存有数据的部分切掉大部分，只保留对应圆心角为60°左右的扇形部分，如图2(c)所示。
基于偏振光的立体显示设备搭建 实验报告
基于偏振光的立体显示设备搭建实验报告●关于3D立体成像技术领域的研究进入大学之后，刚开始对自己的专业就不熟悉，不清楚未来就业，所以自己曾经很迷茫。
后来慢慢的对自己的专业了解之后，特别是近几年3D电影产业的蓬勃发展，自己开始对立体成像方面的问题越来越感兴趣啦。
本次试验可能是我上大学以来做过的耗费自己精力最大的一个试验吧，这也是我大学期间的一大宝贵财富，自己也真的从中对立体成像方面的问题有了更深的理解。
人的视觉之所以能分辨远近，是靠两只眼睛的差距。
人的两眼分开约5公分，两只眼睛除了瞄准正前方以外，看任何一样东西，两眼的角度都不会相同。
虽然差距很小，但经视网膜传到大脑里，脑子就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感。
一只眼睛虽然能看到物体，但对物体远近的距离却不易分辨。
根据这一原理，如果把同一景像，用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，然后让两只眼睛一边一个，各看到自己一边的影像，透过视网膜就可以使大脑产生景深的立体感了。
3D立体成像技术的发展得益于影片《阿凡达》的成功，3D带来的视觉震憾让人们对“身临其境”的体验从空想转为现实——迎面袭来的攻击、如梦似幻的森林、触手可得的野兽……科技在变，不变的是人们对品质的升级需求。
因此，在《阿凡达》的火爆中，3D－IMAX放映厅中的一票难求显得不出所奇，也因此，随后带来的产品研发热度也让人们看到了3D生活在加速。
3D俨然可以作为产业进行发展，然而标准的空白确实阻碍了企业研发的部分热情。
有的企业曾呼吁国家出台相关标准，或者行业协会制定标准办法，这说明3D标准已经引起厂商重视，规范化发展迫在眉睫。
3D立体成像技术在现代社会中应用越来越广泛。
当然首先就是大家熟知的电影产业，“身临其境”的感觉让越来越多的人走进电影院，去感受3D技术带给我们的快乐与惊奇。
不仅电影产业，如今游戏的3D化也成为趋势。
一些网游企业已经开始考虑3D制作，以便带来玩家更强憾的视觉冲击。
还有现在正在举办的上海世博会，由于种种原因不能去现场看世博的观众们，也可以在网上看到世博会现场的3D版，让自己如临其境。
多角度偏振辐射计系统介绍
Q2 U 2 I RI , RP , (2) 0 F0 0 F0
多角度偏振辐射计的构成
光机系统
偏振辐射计的正交扫描镜通过旋转对大气目标、仪器定标和本底进行扫描，将光 束反射至多路并行望远光学模块。望远光学模块通过沃拉斯顿棱镜和分色片再把 光束分成9个波段4个偏振方向（ 0°、45°、90°、135° ）共36路偏振光，最终会聚 在多个探测器的光敏面，转换成电信号并行输出。
多角度偏振辐射计的构成
光机系统
仪器的扫描镜旋转360°为一个采样周期，其中对地扫描范围是-55°～ +55°，每隔0.5°采样1次，此外还有1次定标测量和5次暗电流测量。根 据平台高度和飞行速度以及分辨率等指标要求，采集周期为440ms， 每个采样点间的间隔时间约为600 μm。
多角度偏振辐射计的构成
航飞试验结果分析
航飞试验结果分析
左图中可以看到在扫描角度26°附近出现峰值。而由计算可得图像拍摄时刻当地的太阳高度角 为64°，即太阳光对海面的入射角是26°，因此仪器约在扫描角度26°观测到反射光，符合信号在 此处陡增至最大值的趋势。 根据水体反射光偏振特性，自然光以非布儒斯特角入射光滑水面，反射和折射光均变成部分偏 振光，其反射光偏振度为
式中α为自然光入射角度，ｎ 为水体的折射率。通常海水折射率大约是1.34，而太阳光入射角 如上述分析可知是26°，通过上式计算可得当时海面反射光偏振度的理论值约为 32.83％。右图 是对图中 0°、 45°、 90°三个偏振态下的测量数据进行偏振度计算得到的结果 ，图中偏振度 （ DOP 的最大值出现在 26.4°附近，约为 32.97 ％。这说明了仪器测得的数据准确有效，跟实际 情况相吻合。
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机 。通 过 样 机 多 方 向阵 列 结 构 中 的偏 振 光 导 航 传 感 器 实 时 检 测 天 空 多个 方 向 的偏 振 光 信 息 ， 并 对 这 些 信 息 进 行 优 选 和 融合处理 ， 计 算 得 到 更 加 可 靠 且 准 确 的 太 阳空 间 位 置 。最 后 根 据 太 阳 空 间位 置 ， 结 合时间 和地磁场 分布信 息 ， 计 算 样 机
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｎｏ ｍｏ ｕ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ － － ｔ ｉ ｍｅ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍｕ ｌ ｔ ｉ － 。 ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｓ ｋ ｙ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ
第 ２
镯’ 上 任
ＶＯ １ ． Ｚ ｂ
ｏ ．Ｚ
２ ０ １ ７年 ２月
Ｏｐｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎｄ Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｆｅ ｂ． ２ Ｏ１７
文章 编 号
１ ０ ０ ４ — ９ ２ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ３ １ ２ — ０ ７
＊Ｃ０ ｒ ｒ Ｐ ｓ 户 ０ 咒 ｇ ａ ｕ ｔ ｈ ｏ ｒ， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｃ ｈ ｕ ｊ ｋ ＠ｄｌ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
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所 在 位 置 的经 纬 度 ， 实 现 实 时 定 位 。基 于 可 视 化 软 件 Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ 编写 样机 上位 机程序 ， 能 够 实 时 采 集 样 机 中 传 感 器 数 据， 同 步处 理计 算 且 实 时 显 示 载 体 地 点 经 纬 度 ， 数 据更 新 率 可 达 １ ０ Ｈｚ 。静 态 测 试 结 果 表 明 ， 定位样 机性能稳定 ， 经 度 方 向上 的定 位 精 度 为 土０ ． ４ 。 ， 纬 度 方 向上 为 ± １ ． ２ 。 ， 定位精度较 高 ， 可 应 用 于 实 际导 航 。
多方 向偏 振 光 实 时定 位 样 机 的设 计 与 搭 建
褚金奎 ， 张慧霞， 王寅龙， 时 超
（ 大连理工大学 机械工程学院， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ３ ）
摘要 ： 为了提高偏振光导航定位的可靠性和 实时性 ， 提 出 了 一 种 利 用 多 方 向偏 振 光 的 自主 式 导 航 定 位 方 法 并 搭 建 了样
关 键 词 ： 偏振光 学； 实时定位 ； 天 空偏 振 光 ； 自主 式 导航 ； Ｌ ａ ｇ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＯＰ Ｅ ． ２ ０ １ ７ ２ ４ ０ ２ ． ０ ３ １ ２
中 图分 类 号 ： Ｖ２ ４ ９ ． ３ ２ ； ０ ４ ３ ６ ． ３
ＣＨ Ｕ Ｊ ｉ ｎ － ｋ ｕ ｉ ，Ｚ Ｈ ＡＮＧ Ｈｕ ｉ — ｘ ｉ ａ ，Ｗ ＡＮＧ Ｙｉ ｎ — ｌ ｏ ｎ ｇ，Ｓ ＨＩ Ｃｈ ａ ｏ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｄａ ｌ ｉ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ，Ｄａ ｌ ｉ ａ ｎ １ １ ６ ０ ２ ３ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）