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纳型卫星研制关键技术 预览
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作者 尤政 师帅 +5 位作者 开春 邢飞 张高飞 周斌 任大海 嘉昊 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2019年第1期1-9,共9页
纳型卫星的低成本研制与长期可靠运行、微型化需求与现有器/部件水平,以及受限的资源与高性能有效载荷之间形成了3组矛盾。针对上述问题,文章从多学科优化和总体架构设计、微机电器/部件研制方法及高性能有效载荷空间应用方式3个层次开... 纳型卫星的低成本研制与长期可靠运行、微型化需求与现有器/部件水平,以及受限的资源与高性能有效载荷之间形成了3组矛盾。针对上述问题,文章从多学科优化和总体架构设计、微机电器/部件研制方法及高性能有效载荷空间应用方式3个层次开展研究,介绍了基于多学科优化的纳型卫星平台研制技术、星上高性能微机电器/部件技术,以及适用于纳型卫星平台搭载的有效载荷应用技术。研究成果已在我国多个商业卫星星群,以及探月工程、高分专项等任务中进行了批量化应用。 展开更多
关键词 纳型卫星 多学科优化设计 微机电器/部件 有效载荷应用
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基于偏振成像的方位测量误差建模与分析 预览
2
作者 万振华 开春 褚金奎 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1688-1696,共9页
为了提升偏振成像定向传感器的测角精度,建立了基于斯托克斯矢量的偏振方位测量误差传播模型。对该模型受到的主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜等误差因素进行研究。根据斯托克斯矢量偏振测量原理推导出天空偏振方位角解算方法。将主... 为了提升偏振成像定向传感器的测角精度,建立了基于斯托克斯矢量的偏振方位测量误差传播模型。对该模型受到的主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜等误差因素进行研究。根据斯托克斯矢量偏振测量原理推导出天空偏振方位角解算方法。将主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜、灰度响应不一致等因素对方位测量的影响进行讨论,利用蒙特卡洛方法进行偏振成像方位测量误差分析,通过仿真和天空偏振成像实验分析所建模型的正确性。实验结果表明:CMOS灰度响应不一致对方位测量误差的影响最大,当灰度响应不一致在(-6,+6)pixel时,测量误差在0.11°内,角度均值整体有0.12°偏移;在主点偏移(-1.5,+1.5)pixel,镜头畸变(-1,+1)pixel,CMOS平面倾斜(-0.5°,+0.5°),CMOS灰度响应不一致(-6,+6)pixel的共同影响下,太阳子午线的方位测量误差为0.236 3°(σ)。该误差传播模型能够反映误差源定量影响方位测量精度,为偏振成像定向传感器的优化设计提供依据和参考。 展开更多
关键词 偏振成像 主点偏移 CMOS平面倾斜 CMOS灰度响应不一致
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快速旋转式偏振成像探测装置的设计 预览
3
作者 韩勇 开春 尤政 《光学精密工程》 CSCD 北大核心 2018年第10期2345-2354,共10页
为了获取更快的偏振成像探测速率,本文对现有的机械旋转式偏振成像装置进行了改进,设计了连续旋转检偏器的成像方式,并改进图像处理过程,进一步提高了偏振成像速度。该装置克服了传统机械旋转式偏振成像装置体积大、成像速度慢、效率低... 为了获取更快的偏振成像探测速率,本文对现有的机械旋转式偏振成像装置进行了改进,设计了连续旋转检偏器的成像方式,并改进图像处理过程,进一步提高了偏振成像速度。该装置克服了传统机械旋转式偏振成像装置体积大、成像速度慢、效率低的不足,利用电机带动检偏器快速匀速旋转,并与相机的曝光同步,能够快速便捷地实现偏振图像的获取。同时为了实现更高的偏振图像采集速率,对偏振图像采用了流水线式的处理方式,利用每相邻的3幅强度图解算得到偏振图像,使偏振图像与强度图像具有相同的成像速率。经过测试,该装置能够很好地完成偏振图像的采集,获取被测目标的偏振度和偏振角,在稳定工作状态下平均获取一幅偏振信息耗时0.033s,且具有较好的工作稳定性。本文所做工作提升了机械旋转式偏振成像仪的工作效率,也为进一步提升机械式偏振成像仪的成像速度、实现对运动目标探测打下了基础。 展开更多
关键词 偏振成像 偏振态 快速偏振光探测 图像处理
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仿生偏振特征感知与导航信息融合的空间态势感知系统
4
作者 尤政 开春 《遥感学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期917-925,共9页
偏振成像技术已经成为有效提升空间遥感信息应用能力的有力工具。通过模拟自然界的昆虫、鸟类及鱼类偏振视觉系统的信息感知与高精度导航机制,探索基于仿生偏振视觉环境信息感知与位置姿态测量中的科学问题。构建基于偏振成像目标特征... 偏振成像技术已经成为有效提升空间遥感信息应用能力的有力工具。通过模拟自然界的昆虫、鸟类及鱼类偏振视觉系统的信息感知与高精度导航机制,探索基于仿生偏振视觉环境信息感知与位置姿态测量中的科学问题。构建基于偏振成像目标特征与导航信息融合的仿生态势感知系统,建立了仿生信息感知与导航解算模型,提出基于生物偏振视觉的仿生信息感知与导航的信息融合与误差分析关键算法,设计实现一种空间环境特征感知及导航信息融合的态势感知系统原理样机,数据更新率高于25 Hz,角度测量重复精度优于0.05°。 展开更多
关键词 偏振探测 态势感知 仿生视觉 信息感知 位姿测量
天空散射光偏振成像噪声建模与分析 预览 被引量:1
5
作者 卢皓 开春 +1 位作者 尤政 黄考利 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第4期12-14,18共4页
仿生偏振导航是近年来兴起的一种新原理导航方式,对天空光进行成像可以获得更为丰富的天空散射光的偏振信息以及分布特征,有利于提高偏振导航传感器的精度和抗干扰能力。根据现有的Stokes参量测量偏振光的原理以及成像装置的噪声模型,... 仿生偏振导航是近年来兴起的一种新原理导航方式,对天空光进行成像可以获得更为丰富的天空散射光的偏振信息以及分布特征,有利于提高偏振导航传感器的精度和抗干扰能力。根据现有的Stokes参量测量偏振光的原理以及成像装置的噪声模型,对基于Stokes参量法的偏振角度测量噪声进行了建模,并根据模型进行了仿真分析。仿真结果表明:提高相机的信噪比(SNR)能够显著提高偏振成像的质量,当相机的SNR大于44 d B时,天空偏振角度的测量标准差将优于1°/像素;得到了0°,60°,120°和0°,45°,90°检偏器分布模式下对不同偏振角度的入射光测量噪声的统计分布特征。尽管0°,60°,120°的检偏器布置方案相对于0°,45°,90°的检偏器布置方案有着更大的计算复杂度,但在使用相同信噪比相机的情况下,该布置方案的噪声更小。该结论将对天空偏振光成像装置的构建及其误差分析与补偿技术提供参考。 展开更多
关键词 仿生偏振光导航 偏振成像 天空散射光 成像噪声模型
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基于偏振成像的方位角度解算算法的设计与验证 被引量:3
6
作者 卢皓 开春 +1 位作者 尤政 王晓初 《清华大学学报:自然科学版》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1492-1496,共5页
成像式偏振导航传感器较点源式偏振导航传感器,具有精度高、抗干扰能力强的优势,但目前尚无一种有效的成像式偏振导航算法。该文分析了天空偏振分布模式中太阳子午线在传感器平面上投影的特征,推导出在传感器平面内有且只有一条直线... 成像式偏振导航传感器较点源式偏振导航传感器,具有精度高、抗干扰能力强的优势,但目前尚无一种有效的成像式偏振导航算法。该文分析了天空偏振分布模式中太阳子午线在传感器平面上投影的特征,推导出在传感器平面内有且只有一条直线,其上的偏振角度为90°且这条直线就是太阳子午线;根据太阳子午线的这一特性,提出一种基于偏振成像的太阳方位角解算算法。使用偏振成像验证平台对算法进行了验证。在实际天空偏振环境的测量中,太阳方位角的测量重复精度优于0.074°(3б)。 展开更多
关键词 方位确定 偏振导航 偏振成像 HOUGH变换 太阳方位角
采用连续旋转检偏器的天空偏振光探测装置设计与实现 预览 被引量:5
7
作者 卢皓 开春 +1 位作者 马强 尤政 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第9期1087-1094,共8页
为了实现对运动目标与天空散射光的偏振分布模式进行快速、有效的探测,根据连续旋转检偏器光强度透射的数学模型,利用光电传感器的积分特性,设计并构建了采用连续旋转检偏器的偏振成像探测装置.测试结果表明,该装置对偏振光的角度的测... 为了实现对运动目标与天空散射光的偏振分布模式进行快速、有效的探测,根据连续旋转检偏器光强度透射的数学模型,利用光电传感器的积分特性,设计并构建了采用连续旋转检偏器的偏振成像探测装置.测试结果表明,该装置对偏振光的角度的测量精度优于0.069.(3σ),偏振度的测量精度优于0.12%(3σ).一幅偏振图像的探测时间达到0.7s.在偏振度低于4%的情况下,仍可以探测到有规律的偏振分布模式,其抵抗恶劣天气的性能优于现有的偏振导航探测装置. 展开更多
关键词 偏振导航 天空光偏振模式 快速偏振光测量 Rayleigh散射
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偏振光栅导航传感器电子系统设计 预览 被引量:1
8
作者 马强 开春 尤政 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第1期97-100,104共5页
偏振光栅导航传感器的电子系统采用了适应图像处理的软硬件体系结构,使其能够实时处理全天域偏振信息,具有更高的分辨率和精度。为了验证这种新体系结构的可行性,并且提供研究图像提取航向信息算法的平台,在阐述偏振光栅导航传感器... 偏振光栅导航传感器的电子系统采用了适应图像处理的软硬件体系结构,使其能够实时处理全天域偏振信息,具有更高的分辨率和精度。为了验证这种新体系结构的可行性,并且提供研究图像提取航向信息算法的平台,在阐述偏振光栅导航传感器工作原理的基础上提出其电子系统的设计方案。此电子系统是在现场可编程门阵列(FPGA)上构建的可编程片上系统(SOPC),通过Cameralink协议获取前级偏振检测图像数据,经过硬件化的算法模块和NiosII处理器计算出航向方位,并将结果通过串行通信协议发送上位机。测试显示:此电子系统能够实现偏振图像采集和处理,输出数据更新率高达20Hz,计算结果精度优于±0.01°,便于图像提取航向信息算法的硬件化验证。 展开更多
关键词 导航传感器 偏振光栅 图像采集 CAMERALINK 现场可编程门阵列 可编程片上系统
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微纳卫星姿控软件实时测试系统 预览 被引量:7
9
作者 董恺琛 开春 +1 位作者 鹏飞 尤政 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2008-2015,共8页
为了在硬件有限的条件下测试微纳卫星姿态控制软件的实时控制性能,建立了微纳卫星姿态控制软件实时测试系统,并使用该系统对微纳卫星姿态控制软件进行了测试实验.根据卫星姿态动力学与运动学、轨道环境信息与姿态控制算法数学模型,在PC... 为了在硬件有限的条件下测试微纳卫星姿态控制软件的实时控制性能,建立了微纳卫星姿态控制软件实时测试系统,并使用该系统对微纳卫星姿态控制软件进行了测试实验.根据卫星姿态动力学与运动学、轨道环境信息与姿态控制算法数学模型,在PC机上设计开发了微纳卫星模拟飞行平台.使用控制器局域网络(CAN)和串口建立了连接星载计算机与PC机微纳卫星模拟飞行平台的高效通讯链路,并对姿态控制软件主程序进行必要的修改.最后,基于该实时测试系统完成了星载计算机上姿态控制软件的实时控制性能测试实验.实验结果表明:姿态控制软件在星箭分离后18446 s完成初始控制阶段并进入偏置对地三轴稳定模式,实现了微纳卫星的稳态控制目标.偏置对地三轴稳定模式中卫星最低单轴姿态精度与角速度稳定度分别优于±1.86°和±0.048(°)/s,满足该模式控制精度与收敛时间的要求. 展开更多
关键词 微纳卫星 姿态控制 实时控制 实时测试
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天空光偏振模式自动探测装置 预览 被引量:21
10
作者 开春 卢皓 尤政 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期239-245,共7页
为了获得较高的天空偏振光导航精度,研究了天空光偏振模式的模型。设计了天空光偏振模式自动探测装置,用于获取大量的天空光偏振模式信息并构建天空光偏振模式模型。该装置克服了传统天空偏振光分布模式探测仪器操作繁琐,效率低的缺点,... 为了获得较高的天空偏振光导航精度,研究了天空光偏振模式的模型。设计了天空光偏振模式自动探测装置,用于获取大量的天空光偏振模式信息并构建天空光偏振模式模型。该装置克服了传统天空偏振光分布模式探测仪器操作繁琐,效率低的缺点,利用计算机控制角度旋转和相机拍照协同工作,能够简单快捷地实现一键采集一组天空偏振图像。测试显示,该装置能够准确地在预期位置完成偏振图像的采集工作。获得的图像偏振模式明显,对于光强度的探测精度优于0.237 5(3σ)灰度值(8bits),平均每个测量点耗时3.02s,采集效率较传统偏振模式探测仪器大为提高,能够实现天空光偏振模式的有效探测。 展开更多
关键词 天空光偏振模式 Rayleigh散射 偏振光测量 偏振导航
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分布式卫星系统的协同导航估计方法 预览 被引量:5
11
作者 王晓初 尤政 +1 位作者 开春 李滨 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第8期1106-1114,共9页
针对分布式卫星系统对合作目标的协同导航估计问题,提出了前端与后端结合的一种分布式协同导航方法。前端基于一致性算法对无迹卡尔曼滤波方法进行改造进而完成设计,后端基于协方差交集算法并利用快速权值计算方法以及非可加性参数融合... 针对分布式卫星系统对合作目标的协同导航估计问题,提出了前端与后端结合的一种分布式协同导航方法。前端基于一致性算法对无迹卡尔曼滤波方法进行改造进而完成设计,后端基于协方差交集算法并利用快速权值计算方法以及非可加性参数融合方法进行设计。最后基于Matlab以及STK轨道传播模型进行了数值仿真,得到了预期的仿真结果,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 分布式卫星 协同导航 一致性算法 无迹卡尔曼滤波 数据融合
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基于星光惯性组合的卫星姿态确定方法
12
作者 王晓初 开春 尤政 《清华大学学报:自然科学版》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期300-306,共7页
基于双星敏感器与陀螺仪组成的星光惯性组合,提出了一种卫星姿态确定方法。双星敏感器分别与陀螺仪采用模糊自适应的无迹Kalman滤波方法进行子系统级的姿态估计,而后采用协方差交集算法框架进行系统级数据融合,从而完成卫星姿态的确定... 基于双星敏感器与陀螺仪组成的星光惯性组合,提出了一种卫星姿态确定方法。双星敏感器分别与陀螺仪采用模糊自适应的无迹Kalman滤波方法进行子系统级的姿态估计,而后采用协方差交集算法框架进行系统级数据融合,从而完成卫星姿态的确定。对典型的卫星大角度快速机动扫描过程以及卫星三轴稳定运动过程的数值仿真,验证了该方法具备实用性与有效性。 展开更多
关键词 姿态确定 星敏感器 陀螺仪 模糊自适应控制 无迹Kalman滤波 协方差交集算法
基于改进的无迹卡尔曼滤波确定视线感知相对状态 预览 被引量:1
13
作者 王晓初 尤政 开春 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1032-1039,共8页
基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出... 基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出了改进的离散系统方程及其误差协方差矩阵的取值方法,避免了复杂协方差矩阵的实时额外求解,降低了算法计算量及实施难度。最后,给出相应的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法并通过STK和MATLAB软件进行了数值仿真实验。分析表明,改进后的算法保证了收敛性,数值仿真及对比仿真验证了本文方法的可行性和有效性。在摄动因素作用的前提下,改进的方法能够在200m的相对距离内达到角秒级的相对姿态确定精度和毫米级的相对位置确定精度,完全可以满足近距离自由飞行卫星间的相对状态确定要求。 展开更多
关键词 视线传感器 相对状态确定 摄动 改进的无迹卡尔曼滤波
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仿生偏振光导航传感器量测模型研究 预览 被引量:1
14
作者 卢皓 朱元昌 +1 位作者 开春 尤政 《军械工程学院学报》 2013年第6期72-75,共4页
仿生偏振导航传感器仿照昆虫利用天空偏振光进行导航的原理,测量载体的姿态和方位,具有精度高、功耗低等优势,是一种新型的导航传感器.根据偏振导航的原理分析偏振导航传感器的测量参考矢量和导航能力,根据其参考矢量的数量及性质... 仿生偏振导航传感器仿照昆虫利用天空偏振光进行导航的原理,测量载体的姿态和方位,具有精度高、功耗低等优势,是一种新型的导航传感器.根据偏振导航的原理分析偏振导航传感器的测量参考矢量和导航能力,根据其参考矢量的数量及性质,对偏振导航传感器使用在不同性质载体上的测量进行建模,并提出其对载体进行定姿的条件. 展开更多
关键词 偏振导航 建模 太阳矢量 姿态确定
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港口机械三种轴套结构形式及使用效果对比 预览
15
作者 成治鹏 开春 《港口科技》 2013年第7期45-46,共2页
轴套的磨损是工程机械中最常见的故障之一。为消除此故障,保证工作装置的轴套间有良好的润滑是最有效的方法。介绍这种轴套结构形式和保持良好润滑的做法。可供参考。
关键词 港口 机械 轴套 结构形式 润滑 密封
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新型仿生偏振测角传感器及角度误差补偿算法 预览 被引量:13
16
作者 开春 褚金奎 +1 位作者 张强 王体昌 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期 503-509,共7页
沙漠蚂蚁神奇的导航本领为我们研制新型导航传感器提供了有价值的技术参考。分析了沙漠蚂蚁利用天空偏振光分布模式导航的机理,设计了一种新型的仿生偏振测角传感器。提出了一种新的航向角度求解方法,给出了一种基于最小二乘支持向量... 沙漠蚂蚁神奇的导航本领为我们研制新型导航传感器提供了有价值的技术参考。分析了沙漠蚂蚁利用天空偏振光分布模式导航的机理,设计了一种新型的仿生偏振测角传感器。提出了一种新的航向角度求解方法,给出了一种基于最小二乘支持向量机航向角输出误差补偿算法。利用精密旋转测试台进行了室外航向角度输出测试,实验结果证明了角度解算方法是可行的,角度误差补偿算法是健壮有效的。 展开更多
关键词 仿生 偏振视觉 测角传感器 最小二乘支持向量机 误差补偿
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天空偏振光测量系统的设计 预览 被引量:13
17
作者 崔岩 曹楠楠 +2 位作者 褚金奎 开春 王体昌 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期 1431-1435,共5页
根据一束光的偏振特性可以由斯托克斯矢量来表征的原理,设计搭建了一种天空偏振光测量系统。该系统由计算机、赤道仪、光纤光谱仪和配备了可旋转偏振片的改进式天文望远镜组成,在400~900nm的光谱分辨率为1.4nm。赤道仪经过标定后可... 根据一束光的偏振特性可以由斯托克斯矢量来表征的原理,设计搭建了一种天空偏振光测量系统。该系统由计算机、赤道仪、光纤光谱仪和配备了可旋转偏振片的改进式天文望远镜组成,在400~900nm的光谱分辨率为1.4nm。赤道仪经过标定后可以实现0~180°方位角以及0~90°高度角的调整,角度分辨率为2.5°。系统的光学全视场为4.5°,使用该系统可以测量全天空的光强辐射度、偏振度以及偏振方位角。由标定结果可知,系统光强测量的重复率在450~500nm为99%,在500~900nm为(95±3)%;在400~750nm偏振度测量误差〈2%.在475nm处达到1.2%。偏振方位角的测量误差〈2°。 展开更多
关键词 天空偏振光 偏振光测量 斯托克斯矢量 偏振度 瑞利散射
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一种嵌入式仿生测角传感器的设计与实现 预览 被引量:4
18
作者 张强 开春 +1 位作者 褚金奎 王体昌 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2008年第9期 106-108,111,共4页
模仿沙漠蚂蚁复眼的偏振敏感导航定他机理,设计了一种以光电二极管为光电转换元件、以ARM微处理器为控制处理核心的航向角度测垃传感器。分析了仿生测角传感器的工作原理,设计了传感器的硬件结构与软什程序,构建了传感器原理样机。... 模仿沙漠蚂蚁复眼的偏振敏感导航定他机理,设计了一种以光电二极管为光电转换元件、以ARM微处理器为控制处理核心的航向角度测垃传感器。分析了仿生测角传感器的工作原理,设计了传感器的硬件结构与软什程序,构建了传感器原理样机。利用精密转台进行角度输出实验.结果表明:该传感器性能稳定,精度较高,能满足实际导航需求。 展开更多
关键词 仿生视觉 测角传感器 偏振光 ARM
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基于偏振光传感器的组合导航系统设计 预览 被引量:2
19
作者 王体昌 褚金奎 +1 位作者 开春 张强 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2008年第S2期287-292,共6页
偏振光传感器作为一种新测角传感器其成本低,误差不随时间累积。本文为室外移动机器人设计了一种基于偏振光测角传感器、码盘和GPS的新型组合导航系统。为室外移动机器人导航提供了新的选择。以S3C2440为处理器,设计了系统的硬件和软... 偏振光传感器作为一种新测角传感器其成本低,误差不随时间累积。本文为室外移动机器人设计了一种基于偏振光测角传感器、码盘和GPS的新型组合导航系统。为室外移动机器人导航提供了新的选择。以S3C2440为处理器,设计了系统的硬件和软件部分。实验结果表明该系统可以接收到各传感器发送的信息,并且根据需要将数据存储在指定的介质中,为这种新型组合导航传感器的进一步研究奠定了基础。 展开更多
关键词 偏振光传感器 移动机器人 S3C2440 LINUX
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仿生偏振导航传感器实验模型的构建与标定 预览 被引量:3
20
作者 褚金奎 开春 +1 位作者 王体昌 张强 《微纳电子技术》 CAS 2007年第7期 376-378,406,共4页
针对研制仿生导航微传感器的需要,设计并且搭建了偏振导航传感器实验模型。分析了仿生导航传感器工作的原理,构建了传感器模型实验平台和光学标定装置。利用光学标定装置对导航传感器进行了暗场标定、均匀非偏振光标定。进行了导航定... 针对研制仿生导航微传感器的需要,设计并且搭建了偏振导航传感器实验模型。分析了仿生导航传感器工作的原理,构建了传感器模型实验平台和光学标定装置。利用光学标定装置对导航传感器进行了暗场标定、均匀非偏振光标定。进行了导航定位角度输出实验,获得了导航传感器三个偏振方向分析器标准化输出曲线。测试结果表明这种新型传感器的设计是合理有效的。 展开更多
关键词 偏振视觉 导航传感器 传感器标定 标准化输出
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