光学 精密工程
2023, 31(10): 1432
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
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
军械工程学院 静电与电磁防护研究所, 石家庄 050003
提出一种基于辐射场窄带测试的空间放电辐射信号探测系统,系统主要由8路定向性天线阵、高增益接收前端以及数据处理单元构成。基于该探测系统建立了空间平面4元阵列定位模型,研究了空间放电辐射源位置快速搜索算法,并对定位精度进行了试验验证。实验结果表明,该系统能对1 km以内的空间放电辐射源进行探测,阵元尺寸为10 m的空间平面4元阵列的距离定位误差小于2.5%。该探测定位系统可以用于复杂电磁环境下空间放电源位置的确定。
空间放电 瞬态电磁辐射 窄带测试 定位方法 space discharge transient electromagnetic radiation narrow band test location method 强激光与粒子束
2015, 27(10): 103226
燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室， 河北 秦皇岛 066004
基于光纤马赫-曾德尔(M-Z)干涉技术对周界防范系统进行了研究设计。采用改进的双光纤M-Z干涉相位检测技术与互相关算法相结合的方案进行信号提取。详细介绍了互相关算法在系统定位方面的应用，并通过实验证实其可行性。对两路经过不同延时的相同信号进行互相关运算，通过峰值位置可准确得到延时时间差。系统的定位精度与采样频率有直接关系，在采样率为20 MHz时，理论上的定位精度可达10.22 m。提出了一种分段数据处理方法，该方法可以在保证高采样率带来的高定位精度的基础上降低算法的运算量。实验结果表明，运算速度比传统方法提高约8倍。
光纤光学 周界防范 马赫-曾德尔干涉技术 定位方法 光纤传感
1 武汉工程大学图像处理与智能控制实验室，武汉 430205
2 华中科技大学图像识别与人工智能研究所，武汉 430074
在生产线钢坯检测识别过程中，如何准确地从光照复杂场景中确定钢坯端面字符串目标所在位置是一个关键技术问题。为了解决这个问题，本文提出利用 Mean Shift对复杂场景图像进行抑制，采用多级分割滤波与聚类处理突出并找出字符串目标兴趣区域，通过最小二乘法自适应修整倾斜角度，进而完成字符串目标精准定位。实验结果表明，与传统投影定位方法相比，该定位方法能对各类钢坯字符串复杂场景完成精准定位，具有良好的稳定性和准确性，解决了钢坯字符串复杂场景的定位问题，为钢坯字符识别工作提供了关键技术。
图像处理 生产线 钢坯字符串 定位方法 image processing production line billet character string Mean Shift Mean Shift location 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)
