应用于地面战车的高精度陀螺稳定和跟踪装置在开炮瞬间会受到强烈冲击,易造成陀螺损坏及平台翻台。针对此问题,选用抗冲击力强的光学速率陀螺作为敏感元件,并针对速率陀螺反馈加传统PID控制不能实现稳定角度无静差的问题,尝试了一种PII²(比例+积分+二重积分)加前置滤波的校正形式,通过极点配置的方法设计了平台速度稳定环与位置指令环。在3000gcm干扰力矩的作用下,动态误差为30″,静态角误差为零。结果表明,采用PII²的控制结构,提高了系统的稳定刚度和稳态精度。

针对摩擦扰动的非线性特性及传统摩擦补偿方法的不足,利用LuGre动态摩擦模型对摩擦现象描述的准确性,分析了类龙伯格状态观测器及时滞扰动观测器的设计过程,提出了综合类龙伯格状态观测器与时滞扰动观测器的摩擦补偿方案。从实验结果看,利用类龙伯格状态观测器观测摩擦状态,并通过LuGre模型估计摩擦扰动起到了较好的摩擦扰动抑制作用,解决了时滞扰动观测器用于摩擦补偿的扰动慢时变限制的问题。同时,TDE扰动观测器不仅消除了摩擦扰动补偿残差,而且起到了抑制了外界扰动的作用。

本文提出了一种基于标准差特征平面Contrast box滤波的可见光遥感图像舰船目标检测方法。选用局部统计方差作为目标检测特征,实现对不同亮度舰船的统一特征描述,并消除海面平均亮度变化的影响。然后在二维检测特征平面上通过Contrast box滤波自适应确定局部目标检测阈值,并结合目标的空间结构信息完成疑似目标定位。最后借助先验舰船特征模型对疑似目标集合进行验证以去除虚警,输出最终目标检测结果。实验结果表明,该方法对于可见光遥感图像中的舰船目标能够达到99.5%的目标检测准确率,同时目标检测虚警率为5%。

为提高红外焦平面阵列盲元的定位精度,分析了盲元的产生机理,指出了探测器所处环境温度对探测元的探测能力以及焦平面阵列的盲元数量和位置分布的影响,提出了一种考虑环境温度差异的红外焦平面阵列盲元检测算法,精确定位了不同温度范围内的盲元位置。实验结果表明,该算法可将随环境温度改变而改变的盲元位置信息准确检测出来。

针对气动光学传输效应,本文提出一种用坐标旋转法追迹空间任意若干条光线得到光学传递函数(OTF)来计算成像的模型。该方法根据几何光学成像和坐标旋转变换原理,采用基于计算流体力学(CFD)网格的超高声速流场密度数据建立了成像模型,模拟出了流场的降晰效应,并且对仿真结果进行了对比分析。实验结果表明,该模型在一定的精度内反映了现有的气动光学降晰现象。最后探讨了模型的精度及工程应用的意义。

针对红外图像的特点,提出了一种基于遗传算法的自动模糊分割红外车辆目标图像的方法。首先选取图像的感兴趣区域以加快运算速度;然后对感兴趣区域图像进行模糊增强,借助于二维OTSU方法对增强后的感兴趣区域进行阈值分割,为了加快分割算法的速度,先限定一个最佳阈值范围,再利用遗传算法在此阈值范围内自动搜索最佳分割阈值;为了弥补单独利用二维OTSU方法分割的不足,采用缩短模糊边缘宽度的方法来提取感兴趣区域红外车辆目标图像的边缘。最后把二维OTSU方法分割的图像与模糊边缘提取得到的边缘图像进行或运算后进行填充以得到最终的车辆目标分割图像。实验结果表明,对于红外车辆目标图像,一维OTSU和二维OTSU算法只是基本分割出了红外车辆目标的主体,而本文提出的自动模糊分割技术不仅准确分割出了红外车辆目标的主体,而且对于坦克的模糊炮塔亦得到了完整的分割。

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂和La、Nd掺杂ZnO薄膜。XRD分析表明,ZnO薄膜具有c轴择优生长,La、Nd掺杂ZnO薄膜为纳米多晶薄膜。AFM观测,La、Nd掺杂ZnO薄膜表面形貌较为粗糙。从薄膜的室温光致光谱中看到,所有薄膜都出现了395nm的强紫光峰和495nm的弱绿光峰,La掺杂ZnO薄膜的峰强度增大,Nd掺杂ZnO薄膜的峰强度减弱,分析了掺杂引起PL峰强度变化的原因。

针对超轻超薄反射镜(超薄镜)径厚比大、自身刚度小、单独加工难度大的问题,采用基底支撑方式对超薄镜进行加工。我们研究了在加工过程中粘接、温度、应力等因素所导致的超薄镜变形的控制手段并对变形控制效果提出了评判方法。通过195mm口径超薄镜工艺实验对控制变形的工艺进行改进,用改进后的加工工艺进行了340mm口径的超薄镜制造,得到了比较理想的面形,下盘后PV值5.74λ,RMS值1.02λ(λ=632.8nm)。这表明在超薄镜制造过程中变形控制的技术方案可行,工艺改进方向正确。同时,实验结果表明,超薄镜制造过程中的变形最终表现为镜面出现非重力因素引起的像散。

使用偏振态分析工具,分析了偏振器性能——偏振度、消光比的不完善以及偏置角误差等因素对比较式光学电流互感器性能的影响。结果表明,由于双输入双输出的特殊传感头结构的采用,使得比较式OCT可以有效克服偏振度和消光比的不完善带来的不利影响,但是传感头的起偏器与检偏器之间的偏置角误差会对比较式OCT的性能产生较大的影响。可以采用改进工艺精确调整偏置角、增大参考直流磁场和软件修正等措施加以改进。对改进后的比较式OCT进行了实验,实验结果表明在50℃的温度变化范围内,互感器的误差变化量仅为0.7%,较之采用比较式补偿之前的误差变化量16%,温度性能得到了显著的提高。

本文针对数码视频相机的噪声大,主体位置不确定性及实时性要求高等特点,详细讨论了传统自动对焦算法的缺陷并提出了一种新的自动对焦算法。该算法采用一种新的可有效抑制高频噪声的对焦量函数——高斯一阶导数(FDOG)来正确评价图像对焦趋势;支持最近主体优先的感兴趣区域自动选择,使得系统可以自动找到主体所在位置进行对焦;结合爬山法,二叉搜索和插值拟合进行对焦搜索,相比传统的两段爬山法,搜索效率提高了40%;通过对聚焦后的图像进行监视,支持视频模式下的动态自动对焦。该算法在一个数码视频相机平台上实现,实验结果验证了算法的优点,适用于高性能数码视频相机。

针对多台弹道相机使用前方交会方法进行地面附近同时多炸点目标测量时出现大量假目标问题,本文提出剔除共面多目标交会产生的假目标方法和提高测量精度的偏最小二乘多元回归分析方法。该方法根据多台测量分站交会点共面差,剔除交会产生的假目标;将属于该目标的多个测量数据,采用偏最小二乘多元回归分析方法,求出目标点在大地坐标系的最佳估计值。实际数据结果表明,该方法有效地识别20个以上同时爆炸的共面目标,与两站交会方法相比,偏最小二乘方法减小测量误差6″以上。

通过Zernike模式波前重构算法进行计算机仿真计算,对扇形子孔径布局的Hartmann-Shack波前传感器探测性能进行仿真研究,对比分析了方形子孔径布局Hartmann-Shack波前传感器的探测性能。结果表明,扇形子孔径布局是一种有效的Hartmann-Shack波前传感器的布局方式,在低子孔径密度且孔径数目差异不多的条件下,比方形孔径布局探测精度更高。

采用同轴数字全息技术测量研究粒子场,其高分辨力的再现像和粒径高精度测量受到诸多因素的影响。本文简要介绍了同轴数字全息的基本概念、原理、方法及其在粒子直径测量中的应用,主要通过计算机仿真研究了记录距离和粒子浓度这两个因素对粒径测量精度的影响,给出了记录距离的范围,同时提出了基于灰度梯度提取粒子边缘进行粒径测量的方法,并通过实验进行了验证。

分析了基模高斯激光束到单模和多模光纤的单透镜耦合过程中的各种损耗,把多模光纤的光场用高斯分布近似,采用模场耦合理论计算了基模高斯光束到单模和多模光纤的单透镜耦合效率。模拟计算了当激光-光纤耦合系统的工程参数(光束束宽、光纤数值孔径和光纤的纤芯芯径)一定时,单透镜耦合效率与所选用透镜的焦距之间的关系。并利用532nm激光(M²≤1.05)在几种不同焦距的透镜下对纤芯直径为3.5μm的单模光纤和25μm的多模光纤进行了耦合效率的测定实验,得到了与理论计算基本吻合的实验结果。

首次从理论上分析基于单模光纤的位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的相位误差,包括来源和大小及其与系统各参量的关系。计算了光束从光纤出射,经漫反射面反射,再耦合进单模光纤的光场表达式。结果表明,相位误差的来源包括两部分:光束传输衍射效应及漫反射面表面的随机相位特性。由相位误差引起的位移和速度相对误差都在10^-6量级,并且同时采用VISAR和光纤位移干涉仪来测量爆轰加载下铜飞片的速度轨迹。实验结果表明,单模光纤位移干涉仪的实际测量精度可以和VISAR相当,证明了单模光纤位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的可行性。

采用传统图像检测方法存在目标区域定位不准确、目标细节信息丢失、目标形状变形等问题,本文提出一种基于离散分数布朗随机场模型的水下图像目标检测方法。该方法根据分形理论和水下图像的特点,以图像中每个像素点为中心取窗口,计算在该窗口内的分形维数均值,将该均值作为中心像素的分形特征,然后根据分形维数分布图确定分割阈值,从而实现对水下图像分割,并且通过将目标表面不同尺度下的灰度差分平均值进行归一化处理,减少了用于表示不同尺度下的平均绝对值灰度差分的数据,从而提高算法检测效率。实验结果表明,该方法对水下成像条件具有一定鲁棒性,是一种有效的水下图像目标检测方法。

为了满足实时实现三维医学图像去斑应用的需要,本文提出一种新的实现三维中值滤波器的快速算法及其高性能VLSI结构。该方法根据二维数组部分排序结果的分布特征,采用一种三维部分排序技术,有效减少三维中值滤波算法的实现复杂度。理论分析和实验结果表明,该方法可减少约33%的计算复杂度和/或硬件资源需求,从而能有效减少三维中值滤波器软件实现的系统延时和硬件实现的系统成本和功耗。

以经典三闭环控制系统为研究对象,对其误差源做了较为详尽的分析,将系统误差分为通过算法可调节的误差和通过算法无法调节的误差两大类。文中对舍入误差、传感器量测误差、采样率误差和带宽引入的误差这四种主要的误差源做了定量分析,并从物理运动学角度按由内环到外环的顺序分析了这几种误差在环间的传递与叠加。通过这种对误差的定量分析,可以直观的观察各类误差在总误差中所占的比重,为有针对性的设计系统提供了重要的理论依据。最后以某光电量测设备为控制对象进行了实验,实验结果表明该误差源分析理论是可行的。

研究了一种在有多种纹理叠加的复杂图像中进行单一纹理提取的算法。首先采用极坐标方法分析纹理频谱的环型和楔型特征并求出纹理分布的周期和方向特征;然后根据这些特征在频域中构建环型和楔型Gauss带通滤波器对纹理频谱进行滤波;再将滤波后的频谱图像转换到时域中就得到了只保留相应纹理成分的图像;最后经过纹理区域矫正处理后就可以提取出真实的纹理。实验结果表明,该方法可以准确提取出图像中叠加的多种纹理,并能完整保留每种纹理的基本特征,在纹理分布不均匀的区域也能提取出纹理的骨架。

X3D裸眼可视立体显示器需要同时输入8个视点的信息,用户在一定角度范围内可以看到不同视角的立体画面显示。面向裸眼立体显示终端提出了一种立体视频编码方法,在编码端完成复杂的视差估计,压缩后的视差信息通过网络传输到立体显示终端以降低系统对用户终端的要求。用户终端采用基于视差图绘制的方法快速绘制出6个中间视点,实现裸眼可视立体显示器上的多视角立体画面显示。针对视差图的处理,给出了全局平滑和非边缘区域平滑两种视差图的处理方法。实验结果表明,与不对视差图进行平滑的方法相比,对视差图进行平滑能有效提高编码的整体率失真性能。

现有头部姿势估计方法主要是基于几何分析和基于外观线性变换的方法,计算复杂、通用性不强。提出一种新的利用非线性的核变换算法进行姿势估计的方法,根据流形学习理论,不同姿势的高维人脸图像存在一低维流形结构,提取该流形结构可估计头部姿势。核主元分析是一种非线性降维算法,能够把这种流形结构嵌入到低维空间。利用核主元分析训练姿势估计曲线,然后把新图像投影到姿势曲线上,利用插值方法估计新投影点对应得姿势角度。核主元分析的方法克服了传统线性估计方法的缺点,实验证明该方法估计效果良好,并给出进一步提高估计效果的途径。

针对眼睑边缘结构复杂、干扰因素多、定位速度慢的问题,提出了一种新的虹膜图像预处理眼睑定位算法。首先,通过大窗口平滑滤波、特定方向边缘点检测以及高阈值边缘点筛选等算法处理虹膜图像,以有效去除睫毛、眼部纹理等屋脊状边缘的干扰,快速检测出单层眼睑及双层眼睑的外边缘点集合。然后,对检测到的眼睑边缘点进行曲线拟合,获得完整的眼睑边缘曲线,完成第一次定位。最后,根据双层眼睑的内外层边缘近似平行、而且在内层眼睑边缘处出现灰度跳变这一特点,以第一次定位所得拟合曲线为模版,平行下移搜索灰度跳变位置,完成对双层眼睑的二次定位。实验表明,本文算法在保证定位准确率的基础上,定位速度得到有效提高。

Gabor变换实现的难点是Gabor滤波器组的参数选择。本文提出了一种适用于虹膜纹理特征提取的Gabor滤波器组参数选择方法。该方法根据图像分块确定Gabor滤波器的位置因子取值;借助海明距离均值曲线确定滤波器尺度因子;通过建立尺度因子与频率调制因子的关系,最终确定频率因子的取值。实验证明,依据该方法设计的滤波器,能有效提取虹膜纹理特征,得到较高识别准确率达到虹膜识别的目的。

本文阐述了动态光散射测量的基本原理,尝试性地利用动态光散射技术进行了气体中烟气颗粒的粒径测量。利用Brookhaven公司的BI-9000相关器搭建测量平台,探索了动态光散射技术在气体中测量烟气颗粒粒径的方法,分析了在测量中遇到的关键问题,如烟气颗粒浓度、颗粒吸附作用等,并初步提出解决问题的方案。本文先后对两种不同的烟草样本进行实验,两组测量数据表现出明显的差异,同组数据在一定范围内波动,说明了动态光散射在烟气颗粒测量中有一定的应用潜力。

针对自主移动机器人局部地图构建问题,分析了几种应用较广的测距传感器的优缺点和地图构建中使用的激光传感器的数学模型及其非线性问题。在给出局部地图构建的一般模型的基础上本文提出了一种机器人局部地图构建的一种新方法,该方法针对传感器数据的不确定问题采用加权最小二乘方法对机器人在导航过程中的局部地图进行构建,具有实现容易、精度较高等特点。仿真和实验结果表明该方法在移动机器人使用激光测距传感器进行环境建模和地图构建过程中可以有效的减小直线拟合误差,进而达到有效建图的目的。

以辐射度学为理论基础,研究了紫外ICCD(UV-ICCD)的线性测量技术,提出了比较测量方法。参考探测器的光纤端面和UV-ICCD的光敏面置于同一截面内,首先使用线性参考探测器测量辐照度的衰减变化,然后将被测UV-ICCD置于辐照度场中心,记录不同辐照度下UV-ICCD的输出。最后,直线拟合给出UV-ICCD的灰度输出与输入辐照度关系曲线。参考探测器线性度的好坏直接决定线性测量的精度。为此,采用了非线性度不高于0.2%的科研级光谱仪。测量装置主要由标准氘灯、光学衰减器、积分球、参考探测器、电移台和计算机等组成,测量过程由计算机配套专用软件进行自动控制。实验结果表明,所测UV-ICCD的非线性度不高于3%,比较法测量的不确定度小于5%。

采用边缘探测技术测量布里渊频移量的误差会对海表温度测量精度带来很大影响。文章根据布里渊频移量与海表温度之间的关系以及边缘探测技术的测量原理,建立了边缘探测技术中布里渊频移量的测量误差与海表温度精度的理论模型,分析了边缘探测技术对海表温度测量精度的影响。仿真结果表明,在布里渊频移量为7.2～7.9GHz的范围内,布里渊频移量的最大测量误差约为0.33MHz,根据布里渊频移量反演的海表温度测量精度为0.0105℃。该研究对海表温度的监测系统设计有着很好的指导意义。

为了提高自动目标识别系统的准确性,本文提出了一种高分辨率遥感图像的飞机目标定位的新方法,即在图像分割后再进行一次"去除伪目标"的目标识别系统新策略。首先,利用先验知识采用重叠的面积均分法对图像分块,然后基于多次阈值自动分割方法对各块图像进行分割。针对大图像目标识别的分块策略和飞机目标分割不完全的实际情况,提出一种基于辅助直线的Radon变换飞机轴线检测方法,用于飞机目标的定位。最后,通过实验证明,当飞机目标分割不完全时,本文方法能有效的检测飞机目标。