光学 精密工程
2023, 31(11): 1581
1 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室，山东 青岛 266237
3 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
双马赫-曾德(M-Z)干涉仪系统因其光路简单、灵敏度高、频率响应宽等独特优势受到了广泛的关注及应用，但由于其非常容易受到外界环境噪声的影响，直接采取互相关计算方法获取扰动信号位置会导致较大的测量误差。本文提出了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)的数据信号处理方案用于实现高精度的分布式光纤振动定位检测。通过对接收到的两路光信号进行经验模态分解得到本征模函数，并对所有本征模函数进行希尔伯特变换叠加得到希尔伯特谱，从而可以清晰直观地提取到由振动信号引起的高相似度光信号信息，再通过互相关计算由振动信号引起的时间延迟，从而准确计算振动位置信息。相比于传统的直接互相关计算方法，本方法可以有效识别及提取双M-Z干涉仪系统中振动信号引起的特征信息，从而可以有效降低外界环境噪声对系统的影响，减小定位误差。本文对所提出的方法进行了相关理论分析，并搭建了双M-Z干涉仪系统进行相关实验验证。实验结果表明，与传统直接互相关方法相比，本方法可以有效减少互相关数据的计算量，同时该方法可以有效提高振动位置的定位精度，在2 km的传感光纤长度、10 MHz采样率下，定位精度可达10 m。本文提出的基于双马赫-曾德干涉仪系统的分布式光纤传感技术具有较高的实际应用价值。
光纤传感 希尔伯特-黄变换 双马赫-曾德干涉仪 定位方法 端点检测 optical fiber sensing Hilbert-Huang transform dual Mach-Zehnder interferometer positioning method endpoint detection
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
多相机系统的自主定位技术是通过多个相机对空间中的特征点进行观测而恢复出系统自身的空间位姿,借助多相机的大视场克服复杂现场环境影响,提高测量精度。针对多相机系统结构复杂、位姿恢复难度大、耗时长的问题,提出一种使用基于图优化模型的自主定位方法。在求解高效透视n点定位问题得到近似估计位姿的基础上,借助图优化框架对多相机系统与空间控制点的观测问题进行建模,进而将位姿恢复问题等价为最小化重投影误差非线性优化问题。借助近景摄影三坐标测量系统(VSTARS)搭建的控制场和直线导轨搭建的多相机系统,测量和模拟实验结果表明,该方法具有较高的测量精度和较快的运行速度。
测量 室内空间定位方法 图优化 多相机系统 激光与光电子学进展
2019, 56(3): 031202
火箭军工程大学 兵器发射理论与技术国家重点学科实验室, 陕西 西安 710025
针对传统数字天顶仪定位方法中存在仪器需精确调平, 数据拟合模型参数求解不准确和定位迭代过程复杂的问题, 提出一种粗调平状态数字天顶仪定位方法。严格推导了水平状态下CCD图像坐标的计算式, 利用倾角仪输出值与粗调平状态下CCD图像坐标计算得到水平状态CCD图像坐标; 对粗调平状态下恒星切平面坐标进行分析, 分析结果表明粗调平状态下对应的切平面与水平状态下对应的切平面基本平行, 粗调平状态下的切平面坐标可直接用于数据拟合模型的建立; 通过抗差M估计计算数据拟合模型的参数, 抑制了粗大误差对参数解影响, 提高了数据拟合模型的准确性; 最后, 通过联立数据拟合模型方程组解算旋转轴的CCD图像坐标、剔除迭代过程中的数据拟合模型反变换以及取切平面坐标平均值的方式优化定位迭代过程, 提高定位解算效率的同时保证了数字天顶仪的定位精度。实验结果表明: 粗调平状态定位方法的定位精度与精调平状态的定位精度基本相同, 其中粗调平定位方法的定位经度精度为0.306″, 纬度精度为0.292″, 满足数字天顶仪定位精度的要求。
数字天顶仪 数据拟合模型 倾斜修正 定位方法 digital zenith camera data fitting model tilt correction positioning method 红外与激光工程
2018, 47(8): 0817007
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室（西安理工大学）, 陕西 西安 710048
在无人机的自主飞行及着陆引导中, 测距与定位是其中的关键问题。本文提出了一种基于无线紫外光的测距定位方法, 对无线紫外光直视通信模型和非直视通信模型进行了分析, 推导出直视和非直视情况下的距离计算公式。根据四节点定位算法, 可以解出未知节点的位置坐标。使用波长为255 nm的“日盲”紫外LED及光电倍增管作为收发器件, 测距信号采用10 kHz的方波信号, 在不同天气情况下进行测距实验。实验结果表明: 在直视情况下, 被测距离真值为0~100 m的测距误差均小于5 m; 在非直视情况下, 由于多径散射的影响, 有效测距距离降为0~70 m。当发送仰角和接收仰角均小于10°时, 测距误差较小, 均小于5 m, 当发送仰角和接收仰角均大于10°时, 随着发送仰角和接收仰角的增大, 有效测距距离明显降低。总的来说, 该算法有着较高的精度, 在GPS无法正常使用时能够为无人机提供导航数据, 基本能够满足自主降落和飞行引导的要求。
光通信 紫外光 定位方法 测距误差 飞行引导 light communication ultraviolet light positioning method ranging error flight guidance
1 中国民航大学 航空工程学院，天津 300300
2 中国民航大学 电子信息与自动化学院，天津 300300
3 天津大学 海洋科学与技术学院，天津 300072
为了解决当前定位方法无法兼顾高精度、高集成度、多任务性、实时性测量的问题,提出了一种基于激光测距原理的室内空间定位系统。该方法通过单台测量基站向被测空间内发射旋转扫描红外激光信号以及超声脉冲信号，采用旋转扫描红外激光形成多平面约束，采用高精度超声测距形成距离约束。然后，将多平面约束与距离约束相耦合，得到测量靶标的非线性约束方程组。最后，利用非线性最优化算法解算得到测量靶标的精确空间坐标。该方法仅采用单台测量基站即可完成全周向、多任务实时性的空间测量与定位。采用激光跟踪仪系统作为比对基准验证了本方法的测量精度及可靠性。结果显示，在5 m的被测空间内，其定位测量误差在0.3 mm以内，可满足大多数工业测量应用场合需求。与传统的室内定位方法相比，本方法极大地提高了测量系统的集成度以及测量效率，为全站式空间定位方法提供了新的思路。
室内空间定位 扫描红外激光 超声测距 激光测距 非线性约束 indoor positioning method scanning infrared laser ultrasonic ranging laser ranging non-linear constraint 光学 精密工程
2016, 24(10): 2417
北京师范大学 核科学与技术学院, 北京 100875
针对具有多丝、多条带结构特征的用于核物理实验的气体探测器, 采用节点组合法并利用有限元程序实现电场的计算。该方法构建宏观几何模型, 去除了丝状、条带状结构, 能够获得准确的计算结果。基于对该方法的验证, 以MSU研制的SπRIT-TPC为研究对象, 获得了该装置的二维电场分布以及电子在探测器中的漂移模拟结果。计算结果与GARFIELD程序得到的结果一致。采用节点组合法的有限元方法可用于复杂探测器结构的电场计算, 并用于后续的探测器模拟计算, 能够极大提高探测器的模拟效率。该方法也可适用于复杂结构的三维电场计算。
TPC探测器 电场计算 有限元方法 节点组合法 TPC detector electric field calculation finite element analysis nodes positioning method 强激光与粒子束
2016, 28(9): 096001
第二炮兵工程大学 202教研室，陕西 西安 710025
针对数字天顶仪原有方法计算过程复杂和计算过程中存在误差的问题，通过改变时间补偿方式和优化迭代核心，提出了一种改进的数字天顶仪定位方法。该方法在切平面中进行均值过程，消除了原方法运算中引入的误差，也避免了切平面变换和反变换的反复计算，从而大幅简化了计算流程。通过实验比较了传统方法与改进方法的计算效率和精度，结果表明：改进方法的计算效率比原方法提高了至少6倍；改进方法赤纬的计算精度比原来的15米左右提高了约1.05 m。因此，改进方法能够在一定程度上提高定位的精度。
数字天顶仪 定位方法 定位效率 定位精度 digital zenith camera positioning method positioning efficiency positioning accuracy
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室, 陕西 西安 710071
近年来在哈达玛变换成像光谱仪研究领域中最重要的技术革新在于数字微镜器件在这种光谱仪中的应用, 但同时也带来了一些相应的技术问题需要克服。 详细的描述和分析了由于数字微镜器件在哈达玛变换光谱仪中的应用导致的编码图像上的部分像素点出现的一种交错编码现象； 这种特殊的像素点, 编码过程不符合哈达玛变换, 在光谱复原过程中需要特殊处理。 针对这种交错编码像素点, 提出了一种标识方法和解码方法。 实验中, 向光谱仪中导入一束激光并充满整个视场, 在编码的激光图像中确定交错编码像素点的位置。 然后变换编码模板上哈达玛编码码道的空间位置, 采集两组针对目标的编码图像, 通过观察编码图像上一个像素点的灰度值组成的列向量中非零常量与零元素的个数, 可以分辨它是否是一个交错编码像素点。 其中一组编码图像上交错编码像素点光谱曲线可以通过对另一组编码图像上相应位置的像素点进行哈达玛反变换得到。 实线结果证明了这一方法的可行性。
哈达玛变换 数字微镜器件 光谱仪 交错编码 标识方法 解码方法 Hadamard transform DMD Spectral imager Interlaced encoding Positioning method Decoding method
在数字高程模型(DEM)支持下的单幅影像迭代定位方法(IPM)是利用单幅遥感影像进行目标定位或修测地图的主要方法.一直以来,SAR影像IPM的几何意义都不甚明了.依据SAR影像距离投影的原理,对SAR影像IPM的计算过程进行了几何分析,提出以地面倾角和起始高程点入射角作为已知量,推导了其近似的收敛条件以及收敛速度计算公式,并分析得到地面倾角和起始高程值是影响SAR影像IPM收敛性和收敛速度的主要因素.最后,分别利用模拟数据和真实数据对几何分析的结论进行了实验验证.实验结果表明,理论分析结论正确合理,有助于深入分析SAR影像上像点与地面点的几何关系.
单幅影像迭代定位方法 SAR影像 数字高程模型 iterative positioning method with single image SAR image digital elevation model(DEM)
