低空目标光纤麦克风阵列无源测向技术

由于武装直升机、巡航导弹等超低空突防目标位于地面雷达探测的盲区,近年来采用声阵列探测受到广泛关注。研究了基于时延估计的低空目标声阵列无源测向理论与算法,设计了基于广义互相关算法的光纤麦克风平面五元十字阵的低空目标无源测向模型,采用光纤麦克风阵列可以保持各通道良好的幅相一致性。推导了五元十字阵目标定位方程,并分析了时延估计误差、有效声速误差以及阵尺寸测量误差等对目标测向精度的影响。最后,对五元十字阵声阵列测向进行仿真,并给出了仿真分析结果。     

PIR的多节点目标多次定位研究

为了充分利用热释电传感器（PIR）的被动探测特性,拓宽热释电传感器在目标定位领域的应用。在峰-峰值时间差测距方法的理论基础上,提出了一种利用PIR针对运动目标（人体）的定位理论,并针对单节点实现目标定位存在定位盲区的不足出发,设计巧妙的机构实现多节点目标多次定位。根据感知节点最优布设原则,以双节点的最优布设为例展开讨论,找出不同节点下的最优布设模型。通过对双节点最优布设模型下对运动目标多次的探测实验表明,利用多节点实现运动目标探测区域多次定位的理论是有效和正确的。该方法打破了热释电传感器硬件常规使用方式,进一步提升了PIR的使用范围。     

节点高度参差对无线传感器网络节点定位精度的影响

对无线传感器网络的节点定位精度问题进行了研究。由于无线传感器网络节点并不严格位于同一平面内,因此使用二维定位的数学模型来求解节点位置存在偏差。由于在战场布撒的无线传感器之间的相对高度差在数10m的范围之内,因此对这样的高度参差下的节点定位的精度问题进行了解析分析和数值计算,获得了一些结果。     

基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位

分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级,光纤传感通道无法对波场进行密集采样,难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响,提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型,分析了光纤阵列相位误差来源,根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正;然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明,所提方法能够有效实现对目标源的二维定位,定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆,提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。     

基于多台北斗接收机的测姿精度对目标定位精度影响分析

飞机姿态测量是无人机系统目标定位的重要环节。该文拟采用多台北斗天线测姿,分析了北斗接收天线测姿精度对机载光电平台目标定位精度的影响。为此,本文建立机载光电平台目标定位系统模型,用蒙特卡洛法分析目标定位误差,并对飞机姿态测量误差在0.05°~1°范围内以及飞行高度在1 000~8 000 m时的垂直下视和斜视目标定位误差进行比较。实验结果表明,在姿态测量误差及飞行高度范围内,垂直下视目标定位高程误差在20 m左右,平面定位误差为23~65 m;斜视定位（-60°斜视,俯仰轴以水平向前为0°）大地高误差为20~30 m,平面定位误差为24~71 m。同时分析了天线摆放及基线长度对测姿精度的影响。目标定位误差主要与飞机姿态角测量误差、北斗系统误差、光电平台方位角和高低角测量误差有关,还与目标与飞机之间的斜距有关。飞行高度越大,光电平台高低角越小,斜距越大,则目标定位误差越大。基线越长,测姿精度越高,当基线垂直时,横滚角误差最小。     

无线传感器网络自身定位方法研究与实现

作为一种全新的信息获取和处理平台,无线传感器网络能在应用领域内实现复杂的大范围监测和跟踪任务,因而网络中的节点自身定位就显得尤为重要.而现有节点自身定位算法大多数建立于节点布署于同一平面的理想状态,与实际的被监测区域有一定的差距.因此提出一种改进算法──补偿系数算法,同时在三边测量法中使用了坐标误差最小的最优解──最小二乘解来提高无线传感器网络节点自身定位的准确程度以满足实际应用的需要.     

一种基于分布式融合策略的声定位方法

随着城市环境中对各类目标声检测的需求的发展,开发分布式组网声探测手段越来越有必要。然而对于分布式组网声探测技术,当前的声定位方法对全链路的数据传输依赖程度较高,通信传输会带来巨大的带宽压力和很高的通信成本。因此,本文从能耗的角度研究分布式融合声定位的方法,提出通过分布式位置的声事件能量幅度进行目标的融合定位处理,并通过试验测试进行了可行性验证。验证结果表明,无线声感知网络可以在只接收幅度信息且激发少数节点的情况下实现对目标的定位,定位精度的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)不大于6 m。     

扩展目标光子测距回波特性及误差研究

光子测距具有灵敏度高,探测距离远的特点,目标形状和姿态对光子测距的影响不可忽略。针对扩展平面、球面和非球面三种典型目标,建立了扩展目标光子探测回波概率分布模型,推导出不同倾斜角下混有时空分布的光子回波概率分布一般方程。实验表明,扩展平面的光子回波概率分布与数值计算结果一致。理论仿真分析了扩展目标的光子回波概率分布特性,讨论了光子测距误差与扩展目标类型和倾斜角间的变化规律。结果表明:平均回波光子数为3.9,目标处激光光斑半径为0.2m,倾斜角小于20°时不同扩展目标间的光子测距误差小于1.23mm;光子测距误差随着目标倾斜角的增大逐渐增大,且扩展平面目标测距误差受倾斜角影响最大。     

采用红外织网的室内定位技术

提出基于红外织网的室内定位技术,该技术通过使用多对红外发射器和红外接收器交叉组成的探测信号网来覆盖待测空间,而空间中的运动目标无须增加辅助设备,就可实现对其精确定位。经过验证,红外织网的探测距离最大可达30 m,定位误差在0.05 m以内,具有良好的稳定性。当待测空间改变时,与其他室内定位技术相比,该技术无须变动系统的原来结构和工作方式,用户可以根据室内空间的大小来配置红外接收器的数目,其定位精度仍保持良好,较灵活地实现了系统的可扩展性和易部署性。     

基于GPS的红外成像测向交叉定位方法

开展基于GPS的红外成像测向交叉定位研究,引入GPS技术进行测站定位、确定目标测向基准,以地理投影坐标系为定位坐标系,建立双站交叉定位、测站定位、目标测向数学模型;分析定位误差与布站情况、GPS定位精度、测角精度的关系;提出基于SolidWorks的仿真试验方法,验证了本文双站交叉定位数学模型的正确性;设计两组外场验证试验,全面验证了本文定位方法的有效性。试验表明,本文方法对近1km远处目标的定位误差<0.5m,不要求测站相互可见,且便于描述目标偏离测站、其他任意GPS已知点的地理方位角,具有重要应用价值。     

红外焦平面区域选取对辐射定标的影响分析

红外辐射定标是获取目标红外辐射特性的基础技术之一。辐射定标精度对后续目标的辐射特性测量具有重要的影响。针对中波红外辐射定标时探测靶面像元大小的选取,研究了其对辐射定标中系统线性度的影响。基于640×520元中波红外焦平面阵列,选取中心像元、中心100×100区域、中心200×200区域以及全靶面区域进行了研究。在高温段,中心20×20区域的随机误差为5.27%,中心100×100区域的最小误差为0.01%。在低温段,中心20×20区域的随机误差为1.78%,中心100×100区域的最小误差为0.45%。在一定靶面区域内,随着所选靶面的增大,误差逐渐减小。研究结果对红外探测器辐射定标靶面的选取具有一定的工程应用价值。     

基于WiFi-GM指纹的室内定位算法

针对室内环境中单一指纹定位方法存在定位误差较大、定位漂移的问题,提出了一种融合室内Wi-Fi指纹和地磁指纹的定位算法。首先在大范围区域中通过K-means聚类方法将较大的匹配区域划分成更小的且特征更加明显集中的子区域,然后在在线阶段通过WiFi指纹粗定位到小区域,再通过地磁指纹定位系统进行近一步精匹配定位。实验表明,该融合算法缩小了地磁匹配的初始搜索范围,大大减少了指纹定位中的误匹配问题。实验中,平均定位误差仅2.17 m,最大定位误差3.61 m,较单一指纹定位系统性能均有大幅度提升,证明该定位方法具有一定的可行性与先进性。     

基于正交移动双水下自主潜航器的水下合作目标定位方法

利用水下自主潜航器(AUV)定位是水下大区域静止目标定位主要方法之一。针对单AUV定位存在的定位周期长,定位覆盖区域低,长时间定位误差累积大的缺陷,该文提出一种基于正交运动的双AUV的静止目标定位方法。每个AUV通过自身携带的惯性导航系统(INS)和多普勒计程仪进行自身定位,并在多次运动过程中通过与静止目标间的通信时延差测量进行定位。该方法需要2个相对航向角呈90°的正交移动AUV通过最少2次与静止目标间通信完成次定位。相比于传统的单移动传感器定位方法,该算法需要的定位周期更短,对同步要求更低。实验结果表明,该方法定位精度有显著提高,同时有效定位区域增大,在长时间定位过程中对AUV位置误差影响更低。     

光斑区域内存在单个盲元条件下点源目标质心探测误差分析

在哈特曼波前传感器点源目标探测质心算法中,除信号光子噪声、读出噪声和背景光噪声等误差源之外,图像传感器上存在的盲元也会对质心的探测精度造成一定的影响。系统地推导了哈特曼传感器子孔径光斑区域内存在单个盲元条件下各种误差源对点源目标质心探测误差影响的数学表达式,进一步分析了盲元和光斑质心间相对距离、光斑等效高斯宽度等因素对盲元存在所引入的质心偏移误差的影响,指出当相对距离约等于光斑高斯宽度时质心偏移误差达到最大值。实验结果与仿真和理论推导结果相符。     

投影辅助的数字剪切散斑干涉扫描检测技术

数字剪切散斑干涉技术已被广泛应用于复合材料无损检测,但常规检测面积有限,难以完成大尺寸复合材料的缺陷检测。提出了一种投影辅助数字剪切散斑干涉大尺寸复合材料扫描检测方法,该方法基于数字剪切散斑干涉技术并利用辅助投影引入额外表面特征,通过分视场间投影图的单应性矩阵计算分视场间实物图和散斑干涉图的全局匹配和坐标统一,完成了投影图-实物图-干涉图的多视场扫描与匹配拼接,同时在单视场检测引入4f光路及超广角镜头扩大单次检测面积。实验结果表明:此扫描检测系统能够实现缺陷位置、尺寸较精确的测量,位置定位均方根误差为7.0 mm,尺寸测量误差的均方根值为4.9 mm。在1.2 m的工作距离下单次检测面积可达600 mm×500 mm,全局扫描检测面积高达3.5 m×4.0 m。此方法具备抗刚体位移干扰强,缺陷检测灵敏度高的优点,适合大尺寸高性能复合材料无损检测现场使用。     

点源目标质心探测中单个盲元线性插值补偿算法选取

自适应光学系统中应用哈特曼波前传感器对点源目标进行质心探测时,光电探测器上子孔径区域内存在的盲元会引入一定的附加质心探测误差,为了减小质心误差,需要选取合适的盲元补偿算法获得相对合理的补偿值。推导了哈特曼波前传感器子孔径内单个盲元补偿后造成的附加质心探测误差。利用仿真统计了各种利用盲元邻域正常像素进行线性插值的单个盲元补偿算法对点源目标质心探测误差的影响。提出了单个盲元邻域像素线性插值补偿算法选取的若干准则,指出选用盲元上下左右4邻域像素的均值进行补偿造成的平均质心误差最小,而选用盲元左右两个像素平均补偿算法可以在补偿误差较小的情况下简化运算。实验结果与仿真结果相符合。     

一种水下体目标高精度长基线定位方法

水下体目标几何尺度大、运动姿态未知等因素,会导致传统长基线定位模型失配。该文针对此问题,通过体目标姿态、位置联合估计,消除模型误差,实现体目标几何中心的归算,得到了一种水下体目标的长基线高精度定位方法。理论分析及数值仿真结果表明,体目标半径大尺度下模型误差不可忽略,在体目标半径5 m,测距精度0.2 m的条件下,较传统长基线定位方法,将垂直定位精度从32 m提升至0.5 m,实现亚米级精度定位。     

用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究

海面的强镜面反射导致强烈太阳耀光,造成海面目标探测中目标丢失.针对该问题,利用渥拉斯顿棱镜的分光特性及海面杂波的偏振特性,设计了一种中波红外实时偏振成像系统,经分光在同一探测器上获得两幅偏振态相互正交的目标场景偏振子图像.并通过偏振子图像计算场景偏振度,结合目标与背景的偏振特性差异,为准确识别目标提供依据.结果表明,该系统能够有效抑制太阳耀光,并能够充分利用偏振度实现目标探测.     

机载预警雷达协同探测航线优化

单架机载预警雷达探测目标时存在空域覆盖盲区和多普勒盲区。建立了巡逻航线的参数化模型,推导了机载预警雷达目标发现概率计算模型;提出了基于累积发现概率矩阵2-范数的单架机载预警雷达巡逻航线优化准则。由于多架机协同可以减小盲区对探测性能的影响,进一步研究了多架机协同探测的任务航线规划问题,提出了优化准则,分析了机载预警雷达之间的飞行时间间隔和航线之间的距离间隔对重点监视区域累积发现概率的影响。仿真结果表明了基于累积发现概率矩阵2-范数的优化准则的有效性,有利于最大化机载预警雷达空域覆盖和目标发现概率。     

四站混合定位系统的平面测量误差

基于最小二乘和误差估计理论,应用数值计算的方法具体分析了一个按形布站、且将时差和径向距离测量信息相融合的四站定位系统,通过与仅基于时差测量技术的定位系统相比较证明,多站混合定位测量系统具有测量误差低、无空间观测盲区等优点。所给出的结果不仅能应用于对非合作目标探测的有源/无源综合定位系统,而且还能应用于对可合作目标定位的多站定位系统的设计。