基于动物海马区定位机理的无人机仿生导航方法研究

In conditions of information warfare, the conventional satellite navigation technology and wireless remote control technology are struggling to meet the navigation requirement of long endurance UAVs. To solve the navigation challenge, this project focuses on MIMU/vision/polarized-light integrated navigation algorithm based on biological mechanism. Firstly, in information acquisition level, by mimicking the animal polarization light process, a polarization light senor is designed. Secondly，in the information fusion level, the MIMU/vision/polarized-light integrated navigation algorithm is proposed based on the hippocampus model in the rodents’ brain. Then, by using the experience map, the autonomous returning navigation algorithm is designed. The potential achievements have theoretical values on improving UAVs’ environmental adaptability and practical values to propel the application of long endurance UAVs.

在信息化战争条件下，传统的依赖于卫星定位技术以及无线电遥控技术的导航方法难以满足长航时无人机的导航需求，因此本项目开展基于仿生机理的微惯性/视觉/偏振光组合导航方法研究。首先在导航信息获取层面模拟动物的偏振光感知机理，研制仿生偏振光定向传感器；其次在导航信息处理层面模拟啮齿类动物大脑定位原理，设计基于神经元模型的微惯性/视觉/偏振光组合导航算法；在此基础之上，建立环境的经验地图，并利用经验地图设计无人机的仿生自主返航方法。本项目的预期成果将有效提高无人机在复杂环境下的抗干扰性能和生存能力，对解决长航时无人机导航具有重要理论价值和实用价值。

当前大多数无人机仍然是“风筝”，过度依赖于卫星导航与无线电遥控等技术，本项目致力于研究仿生导航算法，将“风筝”升级为“候鸟”。借鉴动物海马区定位机理，凝练了一种基于仿生机理的无人机长航时自主导航架构，该架构主要包含三部分：航向约束、环境感知和学习推断算法。目前该架构得到了国内同行的广泛认可，对于仿生导航这一前沿技术具有重要的理论研究和工程应用参考价值。针对面向无人机的仿生导航关键问题开展了科研攻关，主要包括提出了新型微阵列式偏振光传感器设计方法与组合定向算法，深入研究了仿生节点递推导航算法，构建了基于网格细胞特性的导航拓扑图，设计了面向节点递推的无人机航迹规划方法。这些算法研究成果对于卫星导航信号拒止条件下的自主导航具有重要的工程应用价值。构建了微惯性/视觉/偏振光仿生自主导航系统原理样机，完成了静态、车载实验和无人机搭载实验，验证了样机的可用性，为开展无人机自主导航应用提供了软硬件开发平台。