浅水多波束高帧率测深技术研究

针对常规多波束测量中由于远距离目标信号未到达接收基阵而不能再次发射探测信号,导致测深帧率下降的问题,提出了基于Kasami编码的浅水多波束高帧率测深方法。首先讨论了频分复用高帧率测深方法、基于Kasami编码的并行高帧率测深方法和串行高帧率测深方法的原理,然后通过仿真对比了三种方法的条带间干扰和测深精度的性能,最后分析表明基于Kasami编码的串行高帧率测深方法具有较低的条带间干扰能力和较高的测深精度。最后采用国产首套浅水宽覆盖多波束测深系统进行了水池实验验证,结果表明该方法在保证测量精度的情况下,可有效的提高测量帧率。     

深水多波束测深系统脉冲压缩实时算法

线性调频信号是大时宽带宽积信号,通过脉冲压缩可提高探测距离和分辨率,已在深水多波束测深系统中得到广泛应用。针对深水多波束测深系统中脉冲压缩运算量大的问题,提出了一种基于分组的脉冲压缩实时算法。该算法对需要进行脉冲压缩的波束进行分组,每个节拍只计算一组波束,可大幅减少深水多波束测深系统脉冲压缩的运算时间,节省了处理器资源。该算法已成功应用于某深水多波束测深系统,经多次海试证明,工作稳定可靠。     

一种消除角度响应影响的多波束声强数据自适应改正方法

针对多波束反向散射强度(Backscatter Strength,BS)数据在采集过程中受到声学散射机理而产生的角度响应(Angular Response,AR)影响,而目前声学硬件方面尚未完美解决且现有后处理改正方法在复杂海底底质环境下适应性较差,尤其在高入射角区域的改正效果甚为不理想的问题,为此,给出了一种基于散射强度的自适应角度响应改正模型。首先获取连续脉冲(Ping)平均散射强度数据的角度响应曲线;其次使用高斯拟合方法对角度响应曲线进行平滑拟合处理,进而对其解算二阶导数提取角度响应模型改正参数;最后给出顾及高入射角区域的单Ping反向散射强度数据的分段处理改正模型。实验结果表明,该方法与传统方法相比,整个发射扇区散射强度平均偏差精度约提高30V,尤其在影响较大的高入射角区域,平均偏差精度约提高40V,并且该区域的标准差精度也提高了近30%。该模型较好地解决了多波束在非正射情况下获取海底精准散射声强的问题,削弱了声波散射机理的影响;同时也解决了散射强度过渡不均衡、中央波束区域改正异常等问题。因此,提高了多波束反向散射强度的可靠性,可以真实地呈现出海底实际的地貌。     

Burst模式在多波束声呐高帧率测深方法中的应用

在常规多波束测深声呐系统中,需要等待远距离目标信号到达接收基阵后才能再次发射探测信号,这将导致测深帧率下降。针对该问题,本文提出了一种基于Burst模式的多波束声呐高帧率测深方法。由于各角度的海底回波持续时间远小于远距离目标信号到达接收基阵的所需时间,根据这一特性我们采用Burst模式,通过等间隔地发射多帧信号并接收,同时保证发射的间隔大于最大波束持续时间,实现多帧信号在时间角度域中的分离,提高测深系统帧率。由于相邻帧的隧道效应会与部分波束发生重叠,针对该问题采用改进的线性约束最小方差算法,实现了低副瓣宽零陷的波束形成,从而削弱隧道效应的影响。最后通过仿真数据验证了本文所提方法的有效性,表明该方法在特定条件下能够将测深帧率提高3.3倍。     

基于滚动时域估计的飞行器姿态估计及三轴磁强计在线校正

针对飞行器姿态估计以及三轴磁强计在线校正问题, 提出了一种实时滚动时域估计算法. 首先, 为了解决在卡尔曼滤波框架下系统约束不能显式求解的问题, 设计了滚动时域估计滤波算法. 该算法将飞行器姿态估计问题转化为优化问题, 显式求解四元数归一化性质, 缩小搜索空间的同时提高了搜索效率和精度. 其次, 滤波时域窗内应用高斯-牛顿迭代法求解最优状态估计值, 满足了实时性要求. 最后, 在没有增加系统状态维数的情况下, 在线求解了三轴磁强计校正参数, 保证了磁强计量测值以矢量形式输入系统. 仿真结果表明, 由于合理地利用了历史信息, 该方法精度较高, 且对初始误差、系统误差均不敏感, 具有一定鲁棒性.     

多层球对高斯波束散射的德拜级数研究

基于广义洛伦兹-米氏理论,利用多层球粒子散射系数的德拜级数展开公式,提出了一种新的研究多层球粒子对高斯波束散射的方法。计算结果与已有的广义洛伦兹-米氏理论算法的计算结果吻合得很好。利用该方法有效分离了折射率分布满足指数变化规律的多层球粒子对高斯波束散射的远区散射场中多阶彩虹的干涉强度分布。数值模拟了双层球的归一化双一阶彩虹强度分布以及各层的一阶彩虹艾里结构。最后分析讨论了高斯波束的入射位置和束腰半径对多层球单阶彩虹强度分布的影响。     

多普勒激光雷达多波束测风精度及获取率分析

相干多普勒激光雷达作为观测风场信息的有效探测工具,广泛应用于不同场景的风场以及大气观测.2019年8月,研究人员利用相干多普勒激光雷达在深圳市石岩综合气象观测基地连续开展了13d的风廓线观测实验.分析了多普勒波束扫描模式下五波束法、三波束法和二波束法反演结果的异同及这些方法对测风精度和数据获取率的影响.数据比对结果表明...     

指向精度对光学姿态测量精度的影响分析

为验证光轴指向误差对光学姿态测量精度的影响程度,并为后续实况类设备实现姿态测量提供理论依据,以中轴线法为依据,对算法步骤进行拆分,并对光轴指向误差的影响进行溯源,得出指向误差影响姿态处理结果可从两个方面进行分析。同时对模型内交会算法的直接影响和模型外动态基准的间接影响进行推导分析,将仿真计算和实测数据进行结合验证,获取了在典型中长远光学姿态测量中指向误差200″对姿态角误差不超过0.1°的结论,为现有姿态测量可靠性分析以及后续靶场设备能力拓展奠定了理论基础。     

基于多频外差原理的相位校正及匹配方法研究

利用多频外差原理推导四频光栅条纹相位解包裹过程,同时,为了减小相位解包裹误差,提出一种相位校正的方法,并分析了相位校正对匹配结果的影响;通过将校正后的绝对相位值作为匹配的依据,利用极线对上基于相位的亚像素匹配方法;利用三维重建技术获取物体的三维点云数据。实验结果表明:平面测量的匹配率提高了4.97%,测量精度达到0.189 5 mm。     

基于GOSAT卫星数据的大气甲烷反演误差分析及校正

大气甲烷(CH₄)高精度反演受到多种因素的影响,其中地表特征和大气状态的不确定性是重要的影响因素,如地表反射率、温度、湿度和压力廓线。地表反射率受到诸多因素的影响,难以获得精确的数据,会给反演结果带来较大误差。温度、湿度和压力廓线的不确定性亦是反演误差的重要来源,由此产生的系统误差难以避免,单独利用CH₄吸收带进行反演难以消除此种误差。针对各种参数不确定性的影响,本文提出比值光谱法和CO₂吸收带校正法进行校正。比值光谱法通过将绝对辐亮度谱转化为比值光谱,抑制地表反射率在反演过程中的作用。CO₂吸收带校正法利用CO₂ 1.61 μm吸收带,将CH₄柱含量转化为CH₄体积混合比,校正温度、湿度和压力廓线不确定性引起的系统误差。通过将两种校正方法结合,可同时抑制地表反射率和温度、湿度、压力廓线不确定性产生的影响,减小反演误差。利用温室气体观测卫星(GOSAT)的观测数据进行大气CH₄反演,采用比值光谱法和CO₂吸收带校正上述误差,结果显示校正后的CH₄体积混合比与GOSAT-Level2产品相当接近,反演精度可达-0.24%,反演结果较为稳健可靠。研究表明,比值光谱法和CO₂吸收带校正法可有效校正地表特征和大气状态参数不确定性引起的误差,提高大气CH₄反演精度。     

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪光谱定标

为了对大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪进行全谱段高精度光谱定标,通过分析干涉型光谱仪的工作原理,对光谱漂移因子进行理论推导,发现通过有限光谱位置校正能实现全谱段光谱定标。采用了以波长计为基准,通过连续可调谐激光作为测试光源的光谱定标方法,并以高精度气体池系统进行交叉定标来验证定标精度。试验结果表明,通过测量光谱漂移因子来进行光谱定标的测试精度优于0.004 cm?1,满足高精度光谱仪定标需求,漂移因子能够应用于干涉型光谱仪光谱定标。     

倾斜相差对激光相干合成影响的仿真分析

根据夫琅和费衍射理论,建立了四路激光相干合成模型,研究了不同占空比条件下倾斜相差对激光相干合成效果的影响。通过欧拉旋转变换,将各子光束的倾斜角度转换成相应的倾斜相差引入到光束合成模型中。仿真计算了不同占空比、不同倾斜角度情况下合成光束在远场的光强分布,分析了占空比、倾斜角度对远场光强分布的影响。仿真结果表明,随着子光束倾斜角度的增大,远场艾里斑内的光强逐渐减小,合成效果变差。仿真计算了不同占空比条件下桶中功率(PIB)和因子随倾斜角度的变化关系。仿真结果表明,随着子光束倾斜角度的增大,PIB和因子两个评价指标均逐渐变差。为了达到一定的评价指标要求,必须利用快反镜等校正器件将各子光束的倾斜角度减小到一定的范围之内。     

倾斜相差对激光相干合成影响的仿真分析

根据夫琅和费衍射理论,建立了四路激光相干合成模型,研究了不同占空比条件下倾斜相差对激光相干合成效果的影响。通过欧拉旋转变换,将各子光束的倾斜角度转换成相应的倾斜相差引入到光束合成模型中。仿真计算了不同占空比、不同倾斜角度情况下合成光束在远场的光强分布,分析了占空比、倾斜角度对远场光强分布的影响。仿真结果表明,随着子光束倾斜角度的增大,远场艾里斑内的光强逐渐减小,合成效果变差。仿真计算了不同占空比条件下桶中功率(PIB)和β因子随倾斜角度的变化关系。仿真结果表明,随着子光束倾斜角度的增大,PIB和β因子两个评价指标均逐渐变差。为了达到一定的评价指标要求,必须利用快反镜等校正器件将各子光束的倾斜角度减小到一定的范围之内。     

单色仪波长定标中狭缝设置的影响分析

单色仪作为一种分光仪器，在传感器的辐射定标等方面具有重要应用。在实际应用过程中，其波长和带宽的设置对传感器的精确定标具有重要影响。使用低压汞灯作为波长标准光源，通过对其特征谱线扫描的方法，研究了传感器定标过程中，设置单色仪不同的狭缝宽度，对传感器精确定标具有重要影响。结果显示，当出射入射狭缝相同，同时改变其宽度的情况下，与典型校准状态(出射入射狭缝宽度设置为0.5 mm)相比，波长偏差量达到0.17 nm；当入射狭缝与出射狭缝不一致时，与典型校准状态相比，波长偏差量达到0.18 nm；当光源未充满入射狭缝与充满入射狭缝相比，最大误差达到0.02 nm，该影响几乎可以忽略。在相关的传感器光谱辐射定标实验研究中，单色仪的定标精度和准确性评估等方面具有重要应用。     

相机标定的外界影响因素分析

针对相机标定结果易受外界因素干扰的问题,为了提高标定准确度,利用已有的摄像机针孔成像模型,采用自适应角点检测算法提取靶标图像中的特征点,标定结果以重投影横纵像素误差的平均值作为性能指标,对均匀光源的照度、标定图片数量以及标定靶标上棋盘格尺寸3个影响因子做了相应的分组对比实验。研究结果表明,选择亮度高的光源提升标定准确度达到38%以上;特征点数目156个时,仅需18张～22张标定图片;相对较小的棋盘格尺寸可以使得标定准确度提高50%。以上结果充分说明了光源、图片数量和棋盘格尺寸对于提高相机标定准确度具有重要意义。     

大尺度多光谱多光轴平行性检校系统

为对室内不拆装情况下大型或整车上的多谱段光电装备进行光轴平行性检校,设计了大尺度多光谱多光轴平行性检校系统。系统采用一个多光谱平行光管提供多个谱段的无限远目标,通过二维移动平台实现平行光管的室内大跨度移动。利用倾角传感器、双线阵CCD测量系统和姿态调整机构来恢复和保证平行光管移动前后的光轴平行性,实现室内分布在车体上不同轴距不同谱段光电装备的光轴平行性进行统一检校。系统设计方案和误差分析结果表明:该系统平行光管移动前后的光轴平行性总误差小于0.142 mrad,在提高检校精度的同时还大大减小了光轴平行性检校的工作量;各分系统中倾角传感器和姿态调整机构误差对系统总误差贡献最大,通过选用更高精度的分系统还可进一步提高系统的总体精度,满足更高精度装备的光轴平行性检校要求。     

Polarisation and precise calibration of the LEP beam energy

We report in this article on two issues of precision accelerator physics, performed at the LEP collider, that challenged international collaborations. The first result is an increase of the polarisation degree from an almost vanishing natural level to 50%, opening the way to energy calibration by resonant depolarisation. The second result is a systematic and precise determination of the collider centre-of-mass energy correcting for subtle effects such as the azimuthal variation of the beam energy, the magnets temperature, the effects of parasitic earth currents and terrestrial tides. It resulted in an extremely accurate test of the Standard Model and set significant constraints on the top quark and Higgs masses. To cite this article: J.-P. Koutchouk, M. Placidi, C. R. Physique 3 (2002) 1121–1130.     

八电极束流能散检测器的计算与标定

针对合肥光源高亮度注入器设计了一种四轴对称八条带电极束流能散检测器(BESM),以实现束流能散的非拦截测量。理论推导了从BESM电信号中提取束流横向尺寸分量的公式。通过对BESM的灵敏度、阻抗匹配、电极的时域频域响应等的分析,确定了BESM的电极张角、半径、长度等各方面的物理参数。通过天线法对BESM进行了位置和四极分量的标定,得到了电中心相对于机械中心的偏移、 BESM的位置灵敏度和四极分量灵敏度等参数。通过对多组电信号和位置信号的处理拟合出了机械位置与对数比电位置信号的相关多项式,并给出了四极分量关于束流横向尺寸、束流中心位置以及它们高次项的经验公式。     

MRTD高精度测试和校准技术研究

围绕红外热像仪成像参数MRTD（最小可分辨温差）测试问题开展研究,介绍了MRTD的测试方法以及MRTD测试装置—红外热像仪评估系统的工作原理,详细分析了MRTD测试过程中,红外热像仪测试位置、差分黑体温差、差分黑体发射率和光学系统几何像差等因素对测试结果的影响。针对这些问题,提出了采用红外扫描辐射计对红外热像仪评估系统温差进行校准的方法,利用该方法对某空间频率下热像仪MRTD进行测试,并给出了测试结果,为热像仪MRTD参数准确测试提供参考。     

传声器次声段灵敏度校准的误差机理研究*

次声波广泛存在于自然界与人类活动中,由于次声波具有穿透能力强、衰减小等特点,隔离和消除十分困难,对次声的监测防护与利用成为人们关注的焦点。次声波的定量研究依托传声器的测量实现,对传声器的灵敏度原级校准是保证测量精度的前提。该文基于活塞发生器校准原理下的压力泄漏与热传导耦合衰减模型,在COMSOL多物理场仿真软件中对校准腔和传声器后腔内的声场特征进行了数值仿真。创新性地提出了模型比较法,准确量化了次声段校准核心的泄漏、热传导独立与耦合修正量,验证并揭示了声压泄漏与热传导损失的幅值与相位变化机理。进一步地对传声器的次声段灵敏度校准过程进行了联合数值模拟,仿真结果表明,内外均压校准声场下传声器灵敏度的幅相频响应存在明显差异,但与校准腔内的泄漏与热传导效应无关。基于搭建的活塞发生器原级校准平台对传声器系统进行了原级校准,通过实验手段初步揭示了内外均压校准机制下传声器幅值灵敏度与相位灵敏度的显著差异。