传统的系统级标定方法是将温箱压缩机、转台电机等环境引起的随机噪声视为白噪声，而实际过程中输出信号具有非平稳和非线性特征。最小二乘拟合法是一种线性回归方法，利用该方法求解的误差系数成为制约光纤捷联惯导系统实现高精度的关键因素之一。针对上述问题，该文提出了一种基于希尔伯特-黄变换的捷联惯导系统级标定改进算法。通过希尔伯特-黄变换去除惯性仪表原始输出信号中的高频随机噪声，再利用系统级标定法计算惯性测量单元(IMU)误差参数。经多组试验证明，该方法能够有效提高IMU误差参数辨识的准确性，1 h的动态导航位置误差相对减少约10%。
光纤惯导 系统级标定 希尔伯特-黄变换 惯性测量单元 FOG SINS system-level calibration method Hilbert-Huang Transform (HHT) inertial measure unit (IMU)
大气与环境光学学报
2023, 18(6): 532
辽宁工程技术大学电子与信息工程学院, 辽宁 葫芦岛 125000
针对传统去雾算法处理图像后存在颜色不均衡、能见度较低等问题, 提出一种基于雾线先验的双边滤波优化透射率算法。首先, 将像素在RGB空间中聚类成雾线并引入自适应模块对大气光值进行预估。将大气散射模型和上下文正则化原理相结合, 对图像透射率进行初步优化, 同时基于最小通道对透射率进行更正, 使得传输率图更加平滑, 防止相邻景深区域透射率差距过大; 再经过双边滤波对透射率进行二次优化, 使其变得更加精准。然后, 将大气光值和透射率输入到大气散射模型进行去雾处理得到无雾图像。最后, 将去雾后的图像进行色彩增强, 以提升图像的色彩真实性和亮度。实验结果表明, 所提方法在主观上提升了人眼的视觉效果, 在客观评价指标结构相似性(SSIM)、峰值信噪比(PSNR)、角点检测数、通用质量指数(UQI)、自然图像质量评估(NIQE)和处理时长上均有着显著的优越性。
图像去雾 雾线先验 透射率优化 自适应 image defogging fog line priori transmittance optimization self-adaption
1 日照市气象局, 山东 日照 276826
2 山东省气象台, 山东 济南 250031
3 交通运输部路网中心, 北京 100736
高速公路水平能见度视频图像监测技术正取得快速发展，已成为团雾天气监测、预警的重要手段之一。为有效预防公路团雾交通事故发生，参照高速公路团雾定义和预警等级的规定，基于公路团雾多发路段视频和能见度资料，统计分析了路面固定距离的发光目标物在团雾和非团雾不同能见度环境下的图像光亮度参数，探究了团雾路段不同距离处发光体亮度数值与水平能见度数值相关变化关系。进而基于团雾路段视频特征图像区域的亮度参数变化与水平能见度的相关性分析，给出利用数值分析结果测算水平能见度的可行方法，为建立高速公路团雾预警模型提供思路和实现途径。研究结果表明：(1) 通过视频图像的不同区域亮度变化进行能见度监测具有科学性、创新性、可行性，可实现24 h不间断监测预警。(2) 引入发光目标物光亮度和环境光亮度的对比分析，可以解决一天中不同时间段图像光亮度变化较大的问题。(3) 通过对固定距离发光目标物的监测来实现公路团雾的监测，可解决团雾水平尺度难以直接仪器监测的难题。(4) 发光目标物视频团雾监测方法的监测结果可与互联网、地理信息系统、导航信息系统结合，从而实现快速、准确发布预警，减少交通事故的目的。
发光目标物 团雾路段 视频图像 数值分析 luminous objects local dense fog section video images numerical analysis 大气与环境光学学报
2023, 18(2): 119
1 中国直升机设计研究所, 天津 300000
2 陆军驻景德镇地区航空军事代表室, 江西 景德镇 333000
振动性能是评价高精度直升机载光纤陀螺环境可靠性与性能稳定性的一个重要指标, 光源作为直升机载光纤惯导的源头部件, 需要保证其在振动条件下性能的稳定输出。针对光源平均波长随振动变化的问题, 从基本机理出发, 通过建立光路琼斯矩阵模型, 深入研究了光纤中传输光的偏振态与偏振相关损耗之间的关系, 在不增加光源系统复杂性的情况下提出了一种基于法拉第旋转镜的直升机载光纤惯导用抗振型光源, 并实验验证了其抗振动性能。实验表明, 提出的方案可以大大提高光源和光纤惯导振动条件下的稳定性, 特别是高频振动条件下(1000~2000 Hz), 光源的平均波长稳定性提高了6.8×10-6。
光纤陀螺 掺铒光纤光源 抗振型 法拉第旋转镜 平均波长 Fiber-Optic Gyroscope(FOG) erbium-doped fiber source vibration resistance Faraday rotating mirror mean wavelength
长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410114
针对雾天图像数据集匮乏问题，提出一种基于深度估计的雾天模拟方法。自适应调整亮度与饱和度对清晰原图像进行预处理，采用自监督单目深度挖掘网络生成图像的深度图，利用引导滤波优化深度图，设定模拟图像能见度获得透射率图，通过暗通道图区分天空区域并估计大气光值，最终由大气散射模型得到设定能见度下的雾天模拟图像。实验数据显示，该方法有效改善了模拟图像目标不清晰、雾气边缘锐化问题，在模拟能见度为2000 m以下的雾天图像时效果稳定，其雾天模拟图像与真实雾天图像的特征评价指标平均误差率为6.28%，表明该方法具有可行性，可对自然环境下清晰图像进行雾天模拟以解决雾天图像数据集匮乏与能见度数据缺失的问题。
图像处理 雾天模拟 深度估计 自适应 大气光值 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1010005
针对现有光纤陀螺桥梁形变检测方法无法消除检测小车偏航带来的路径偏差, 提出了基于光纤陀螺的有轨钢构桥梁形变检测方法。首先, 阐述了光纤陀螺测量桥梁线形的原理与系统架构; 然后, 通过有限元对有轨条件下的钢构进行分析, 设置不同温度梯度, 验证得到轨道受热力耦合作用产生的形变与温度之间呈线形关系, 构建了轨道与温度的误差模型; 最后, 通过搭建试验环境, 测试轨道线形与轨道在不同温度下的形变结果, 验证了该方法的有效性。实验结果表明: 有轨钢构桥梁形变与外界环境温度之间的关系为1~2mm/10℃, 为后续实际桥梁形变测量提供了温度误差校准模型; 基于光纤陀螺的有轨钢构桥梁形变检测精度优于2mm。
桥梁安全 有轨结构 光纤陀螺 形变检测 bridge safety tracked structure FOG deformation detection
中国航天科技集团公司 第九研究院 第16研究所, 陕西 西安 710000
针对高精度光纤平台系统误差补偿的需求，有效地提高光纤平台的应用精度及启动快速性，该文考虑了加速度计的杆臂误差、惯性仪表的时间不同步误差、安装误差及标度因数误差等误差特性，建立了两级标定的Kalman滤波方程。采用Kalman滤波法实现误差参数的辨识，并对该方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明，所设计的系统级标定方法能够估计出所有的误差参数，且具有较高的应用性能，对于提升高精度光纤平台的应用精度具有重要意义。
平台系统 高精度光纤陀螺 误差参数 两级标定 卡尔曼滤波 platform system high-precision fiber optic gyro (FOG) error parameter two-level calibration Kalman filter
1 北京航天控制仪器研究所, 北京 100039
2 北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100094
分析了影响光纤陀螺仪测试精度的主要误差因素, 详细研究了速率转台、测试工装、时间基准源等常见测试设备对光纤陀螺误差的影响。提出了基于高精度计数器对于转台精度评价结合长周期、转台固定周数的测试等抑制方法。实验结果表明, 采取抑制措施后, 测试工装误差引起的零偏测试误差减小了66.7%, 速率转台误差引起的标度因数绝对误差以及时间基准误差引起的标度因数重复性误差均减小了一个数量级。研究结果对高精度光纤陀螺仪精度的提升以及测试设备的改进具有指导意义。
光纤陀螺 高精度 测试设备 误差抑制 FOG high-precision test equipment error suppression
宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
遥感卫星具有覆盖范围广、连续观测等特点，被广泛应用于海雾识别相关研究。本文首先借助能够穿透云层，获取大气剖面信息的星载激光雷达(cloud-aerosol LiDAR with orthogonal polarization, CALIOP)对中高云、低云、海雾、晴空海表样本进行了标注。然后结合葵花8号卫星(Himawari-8)多通道数据提取了各类样本的亮温特征与纹理特征。最后根据海雾监测的需求，抽象出海雾监测的推理决策树，并据此建立深度神经决策树模型，实现了高精度监测夜间海雾的同时具备较强的可解释性。选择2020年6月5日夜间Himawari-8每时次连续观测数据进行测试，监测结果能够清晰地展现此次海雾事件的动态发展过程。同时本文方法海雾监测平均命中率(probability of detection, POD)为87.32%，平均误判率(false alarm ratio, FAR)为13.19%，平均临界成功指数(critical success index, CSI)为77.36%，为海上大雾的防灾减灾提供了一种新方法。
