基于非对称sinc函数拟合的激光测距算法优化

小型化的高重频多脉冲激光测距机采用数字化处理确定目标距离,接收电路带宽、数字化采样精度以及滤波算法等因素会影响测距的精度,文中在对测距误差分析的基础上提出改进测距精度的算法。首先,在对激光回波信号积累以提高信噪比的基础上,对回波信号波形进行中心差分处理、斜率阈值和幅度阈值条件处理,剔除伪峰值点,初步确定峰值点位置。然后,根据初定位后的波形特点,选择相应的指数函数进行非对称sinc函数波形拟合修正,估计波峰点相对准确位置,从而输出较为精确的目标距离。最后,将改进算法在matlab中仿真,实验结果验证了文中提出的修正算法对提高激光测距精度的有效性。     

基于Fisher准则的Otsu法在光斑中心定位中的应用

激光光斑中心检测广泛应用于基于视觉的形变量测系统中,故其检测算法的优劣直接影响系统量测精度。现有的光斑定位算法存在定位精度低,抗干扰能力差等问题,为了实现光斑的高精度定位,提出一种改进的激光光斑中心定位算法。该方法通过将Fisher准则函数应用于Otsu法对光斑图像进行阈值分割,降低了噪声干扰,提高了光斑定位精度。实验表明,与传统的阈值分割方法相比,光斑中心定位误差降低了40 %以上。     

A continuous-time IR-UWB RAKE receiver for coherent symbol detection

The ultra-wide bandwidth released for unlicensed use by FCC a decade ago has initiated significant research efforts. The large ultra-wide bandwidth is attractive not only for increased data transfer speed but may also be exploited for added functionality like high-precision ranging in wireless sensor networks. RAKE based receivers are preferred for ultra-wideband (UWB) technology due to wide bandwidth. However, designing RAKE based correlating receivers remains quite challenging. Correlating receivers are also power consuming due to high-speed DSPs, ADC and matched filter. Timing synchronization is another issue associated with correlating receivers. In this paper a impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) RAKE receiver is presented utilizing a continuous-time binary value coding scheme for power-efficiency and coherent symbol detection without the need for synchronization to achieve precise ranging using time-of-flight technique. A working prototype of the IR ranging transceiver which uses the IR-UWB RAKE receiver is presented with measured high-precision ranging towards 1.4 cm.     

矢量内积法高速相位式激光测距技术

测量速度和测量精度是相位式激光测距系统的两个重要指标。针对高速高精度测距需求,研究了基于矢量内积(Vector Inner Product, VIP)法的高速数字鉴相方法,从鉴相计算的点数、鉴相计算速度和鉴相精度等方面对VIP法的鉴相性能进行了仿真分析和实验测试,并与传统的数字频域鉴相法(Discrete Fourier Transform, DFT)进行了性能对比。仿真和实验结果表明,VIP法具有更高的鉴相速度和鉴相精度,当信号调制频率为50 MHz时,基于高速采样板卡实测得到的鉴相精度优于0.1°,测距精度0.2 mm以内,相同计算点数VIP法的鉴相处理速度是DFT法的3倍。研究结果表明,VIP法具有鉴相精度高、鉴相速度快的优点,适用于高速高精度激光测距系统。     

光电跟踪系统高精度模板匹配跟踪算法

为实现在光电跟踪系统条件下的高精度测量并且满足复杂环境下高精度目标匹配，本文选用去均值归一化互相关匹配算法。为提高匹配速度以及跟踪实时性，利用和表法计算公式中图像求和、平方和图像匹配互相关来简化计算复杂度；采用小波分层金字塔法作为搜索策略，并将模板质心作为参考点进行十字形搜索，引入终止阈值减少误匹配点进一步提高搜索速度。为验证该算法的有效性，实验中将光电跟踪系统放置在二维转台上，调整转台利用该算法跟踪目标靶板。实验结果表明，目标脱靶量控制在3个像素以内，该算法在光电跟踪系统上可实现高精度稳定跟踪。     

ELPMA: Efficient Localization Algorithm Based Path Planning for Mobile Anchor in Wireless Sensor Network

In operating and managing wireless sensor networks (WSNs) and their applications, the high accuracy of localization and the low operating costs are considered the substantial and key issues. The literature is rich in algorithms for localized WSN devices in hostile and unreachable outdoor environment. Majority of the literature considered mobile anchor as one of the solutions in locating sensor nodes. In this situation, the critical issue is the trajectory planning. All algorithms supposed that the mobile anchor should travel following the shortest path to determine the positions of sensor nodes with minimum localization error. A localization algorithm, which is called efficient localization algorithm based path planning for mobile anchors (ELPMA), is proposed. ELPMA is based on a one-mobile anchor moving in adjustable circular trajectory to scan the target area. It considers that the received signal strength indicator is the ranging function to determine the distance between mobile anchor and sensor nodes. ELPMA supposed the mobile anchor starts the motion from the center of the target area. The travelling paths are planned in advance by ELPMA based on the distance measurements between the mobile anchor and the sensor nodes. Simulation results demonstrate that ELPMA has better performance compared to other algorithms based on static path. This performance was evident in the localization accuracy and trajectory planning.     

基于辐亮度匹配的无人机载成像光谱仪外场光谱定标研究

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪,在保证精度的前提下,提出了一种快速优化二维反演算法,利用大气吸收特征作为参照,采用辐亮度匹配的方法,在不需要测量地面反射率数据的情况下,反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少,反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证,对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm,一般优于0.5 nm。     

基于亚像素定位技术的激光光斑中心位置测量

传统亚像素定位算法过程中存在着抗干扰能力弱、定位精确度差、软件实现难度大等问题。为了解决这些问题,提高激光光斑中心定位精度,采用曲线拟合算法,结合小尺寸光斑中心的高精度定位测量法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,该方法可将质心提取误差控制在0.1pixel内,与传统算法相比,其误差更小。该图像质心测量方法有效地降低了噪声干扰,增强了算法的抗噪声性能。     

稀疏条件下基于散射点估计的SAR切片超分辨重建

从合成孔径雷达(SAR)成像模型出发,在稀疏条件下,该文结合散射中心理论,从低分辨率图像中估计高分辨率图像的散射点参数,用若干sinc函数对感兴趣目标区(ROI)进行重建并抑制旁瓣,获得超分辨ROI切片。基于非线性最小二乘(NLS)估计给出了该超分辨重建问题的迭代求解算法,并以TerraSAR-X数据进行仿真验证,仿真结果表明,该文所提方法相比双立方插值和1范数正则化方法能够获得更高的空间分辨率与目标杂波比(TCR)。后续分析表明,散射点参数的估计精度受到信噪比和sinc函数重建3 dB带宽共同影响,重建3 dB带宽越大对噪声的鲁棒性越强。     

带宽自适应Mean Shift跟踪算法

提出了一种先进行空间定位再确定目标尺度的两级跟踪算法,有效地解决了mean shift算法对尺度变化的适应问题.该算法首先在当前帧对应位置进行降分辨率处理,并以基于增量试探的mean shift跟踪算法收敛点作为当前帧目标中心位置,进而利用对数极坐标变换的旋转、尺度不变性,对目标和候选目标分别进行对数极坐标映射,并通过求取最大归一化相关函数确定目标的尺度变化.跟踪实验表明,该算法可以有效的提高mean shift跟踪算法空间和尺度定位准确性.     

超高分辨大测绘带星载MIMO-SAR成像

星载多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)可以解决方位向高分辨和大测绘带之间的矛盾.为了在扩大测绘带宽度的基础上进一步实现距离向超高分辨,首先选用正交频分线性调频信号( OFD-LFM)作为发射信号形式,对MIMO-SAR的发射体制进行了初步设计;然后针对大带宽、宽测绘带对成像算法的限制,选用精确度高的距离徙动算法(RMA)对回波数据进行处理,给出了结合空频域带宽合成的RMA成像流程,相比时域带宽合成方法,在确保成像精确性的同时,文中的成像流程计算步骤更少,运算量更低,大大提高了计算效率.     

宽带FBG与自相关算法提高CCD解调精度的研究

为提高光纤光栅解调算法的精度,设计了3 dB带宽在1~3 nm之间的宽带布拉格光栅与自相关算法解调系统,使用线阵CCD检测光谱,进行波长寻峰分析与实验验证。线阵CCD离散像素点之间波长间距固定,宽带布拉格光栅可得到更多有效像素数据点;自相关算法只考虑传感测量时光谱的偏移程度,可抵消背景噪声,消除光栅刻写或封装过程中操作不当引起光谱异常的影响,从而提高光栅中心波长解调精度。温度测量结果表明,使用自相关算法解调啁啾光栅与宽带光栅,误差较高斯算法分别减少54.05%和40.87%,此算法可以使啁啾光栅达到正常光栅的解调精度。并且,使用宽带光栅的解调误差仅为啁啾光栅的50%。     

Further results in carrier frequency estimation for transmissionsover flat fading channels

A data-aided feedforward algorithm has been proposed by Kuo and Fitz (see IEEE Trans. Commun., vol.45, p.1412-26, 1997) for carrier frequency estimation in M-ary phase-shift keying (PSK) transmissions over frequency-flat Rayleigh fading channels. Its accuracy is very good but the estimation range may be limited under certain operating conditions. Also, its application requires a knowledge of the Doppler bandwidth. We show that the estimation range can be greatly extended without sacrificing the estimation accuracy and a simple technique is indicated to measure the Doppler bandwidth. This allows the algorithm to operate in an adaptive manner in a time-varying environment     

基于点模式匹配的芯片缺陷检测算法研究

针对高速与高精度场景下芯片缺陷检测实时性和准确性难以同时保证的问题,提出一种基于方位环境特征的点模式匹配定位算法(Azimuth Environment Feature Vector-Based Point Pattern Matching Localization Algorithm,AEF-PPMLA),提升检测的实时性、准确性和易用性。该算法含两个部分:方位环境特征向量计算方法(Azimuthal Environment Feature Vector Calculator Method,AEF-VCM)和相似度计算方法 (Matching Degree Calculator Method,MDCM)。AEF-VCM对芯片的方位环境特征进行向量描述,减少点匹配的计算量,提高检测的实时性; MDCM采用卡方检验算法来度量特征向量的相似度,提高检测的准确度。实验部分验证算法的定位精度、耗时以及缺陷识别的准确率,结果表明所提出的AEF-PPMLA能够快速准确定位芯片并识别引脚缺陷,满足高质量生产需要。     

黑体与恒星相结合的短波红外遥感器在轨辐射定标简析

为满足气象水文、天文观测等领域对短波红外遥感器高精度探测需求,近年来对短波红外探测定量化应用的需求越来越高。本文针对高轨面阵短波红外遥感器在轨各种因素引起的非均匀性变化情况,基于面源黑体定标结合恒星定标的在轨绝对辐射定标设计方案,结合某遥感器任务研制过程的具体实际,分析了定标精度主要影响因素及优化措施,包括星上定标方案优化、星上黑体温度控制优化、恒星提取算法优化等。通过实验室测试对在轨辐射定标方法进行了验证,并对在轨绝对辐射定标不确定度进行预估,评估结果表明定标不确定度能够满足应用要求。     

考虑圆形特征边缘模糊和偏心误差修正的高精度相机标定方法

针对立体视觉系统采用圆形特征点标定时存在的空间圆形投影边缘模糊和偏心现象问题,利用改进Zernike矩和偏心误差修正进行圆心的高精度定位,以此提高相机参数的标定精度。首先考虑了由于立体视觉成像系统的标定场景光照强度不均匀引起的圆形特征投影图像边缘模糊的问题,引入高斯误差函数对边缘过渡段的灰度分布进行描述,建立了高斯边缘模型,并基于该模型计算投影图像的Zernike矩,然后利用改进Zernike矩实现高精度的圆形特征投影边缘像素坐标定位。此外,分析了影响圆形特征中心投影点和拟合圆心间偏差大小的因素,基于该分析对迭代拟合圆心进行偏差补偿使之逼近真实的圆心投影,最后通过所提算法对99圆形标志点进行圆心坐标提取并用于相机参数的标定。仿真实验表明,文中算法对投影图像边缘定位的精度以及圆心拟合的精度均高于传统的算法;实测实验中,基于圆心高精度坐标得到的相机标定参数对标准杆进行三维重建,长度测量精度比传统算法提高了30%。     

可寄生式双极电感绝对角度传感器研究

角度传感器作为电机的核心定位部件,对电机的定位精度有重要影响。该文设计了一种双极电感式绝对角度传感器,该传感器通过周期性改变线圈中感应电压的大小来测量角度,敏感结构主要包括转子和定子,可实现与电机主轴的一体化。其中转子由内外单周期、多周期扇形铜箔组成,形成双极布局,定子由激励线圈、接收线圈以及后续处理电路组成。定子中的两组接收线圈,一组线圈由8个回路组成,对应为外沿多周期扇形铜箔,另一组由2个回路组成,对应中心180°扇形(半圆形)铜箔,两组线圈相互独立,互不影响。当转子在接收线圈上方转动时,转子中产生的涡流会使相邻两个接收线圈感应电压呈周期性正余弦形式变化。8回路线圈测量精度高,但360°内会出现多个周期信号,无法实现绝对位置测量。而2回路线圈在360°范围感应出1个周期信号,通过2回路线圈为8回路线圈提供周期数鉴别,进而解决了绝对位置测量的问题。通过算法对正余弦信号进行识别解算,以高精度转台为基准对样机进行测试,结果表明,传感器测量误差可以达到0.04°,满足电机位置控制精度要求,验证了该方案的可行性。     

采样频率和激光脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响

全波形激光雷达测距精度,又称测距重复精度或测距标准差,受激光器出光稳定性、激光脉宽、探测器响应时间抖动、电路噪声、波形形态、波形采样频率和波形处理算法等因素影响。理论分析了不同采样频率和不同脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响,并采集不同的采样频率(1.25、2.5、5 GHz)和不同脉宽(1、2、3、···、10 ns)条件下的波形数据,经滤波、插值、波形提取等预处理后,利用线性高斯拟合、加权线性高斯拟合、迭代加权线性高斯拟合、期望最大化算法、和Levenberg Marquardt算法共5种算法计算测距值并统计测距精度。实验结果表明,EM算法获得的测距精度相比其他4种算法受到波形畸变的影响最小;加权线性高斯拟合算法获得的测距精度受采样频率变化的影响最小;相同波形幅值条件下,实际脉宽增加2.47倍,利用EM算法获得的测距精度从0.97 mm下降至1.18 mm,因此增加脉宽会降低测距精度;在光脉宽为4 ns的情况下,5 GHz采样频率数据在EM算法获得的测距精度分别为2.5 GHz、1.25 GHz采样频率数据的测距精度的1.71倍和3.07倍,而当2.5 GHz和1.25 GHz采样频率数据分别插值2倍和4倍至5 GHz后,仅为1.17倍和1.29倍,因此提高采样频率能够提高测距精度,而对低采样频率数据进行插值能够获得接近高采样频率数据的测距精度。     

Antenna designer's notebook-bandwidth of the array factor forphase-steered arrays

Formulas for absolute bandwidth are derived directly from the array-factor equation for a uniform array. The formulas show that instantaneous bandwidth depends only on the array size and the scan angle and is independent of the operating frequency of the array. Simple formulas are developed for estimating bandwidths other than the 3-dB bandwidth, and for arrays with amplitude tapers     

高精度星上定标漫射板双向反射分布函数绝对测量系统研究

星上定标漫射板双向反射分布函数（BRDF）的测量不确定度直接影响着星上绝对辐射定标的精度。现有的BRDF测量装置难以在功能和测量精度等方面满足星上定标漫射板BRDF测量的要求,在这样的背景下,建立了BRDF绝对测量系统。该测量系统以高亮度、高均匀性积分球辐射源为照明光源、高精度串联式六轴机器人和中空分度盘为BRDF转角主体、宽光谱大动态范围辐射计为光电信号探测单元,通过几何、电子等相关物理量的高精度溯源及标校,实现了星上定标漫射板BRDF小于1%的测量不确定度。