基于数字化标尺的视觉读数系统研究

为了改进目视光学仪器的读数系统,设计了一种基于数字化标尺的视觉读数系统。该系统采用绝对码标尺做基准,使用由光学系统、CCD摄像机和计算机组成的读数系统来读取标尺数值。系统不仅消除了增量码标尺的累积误差的影响,而且还实现了刻线的自动瞄准定位和读取。实验证明,该读数系统的不确定度为0 12μm,其精度比目视读数系统提高了5倍以上。     

基于双相位编码联合变换相关器的图像位移探测算法

提出了基于双相位编码联合变换相关器(JTC)的图像位移探测算法.随机产生一相位码对参考图像编码,与目标图像叠加作为输入图像,通过傅里叶变换得到联合功率谱,用同样的相位码对其编码并进行滤波,傅里叶逆变换后得到涉及位移矢量的互相关峰.给出了多帧图像间位移矢量的探测技术.相比传统的相关器探测技术,此算法能更有效地利用输入平面...     

接近非相干水声通信信道容量的信号处理算法

恶劣情况下的非相干水声通信信道模型为随机相位Rayleigh衰落,推导了该模型的信道容量曲线。为实现接近非相干信道容量的可靠通信,提出多进制低密度校验码(LDPC)和恒重码级联码的多进制非相干概率域迭代处理算法。在信道幅度和相位完全未知的情况下,根据矩估计得到信号和噪声频点幅度的统计参量,进而得到恒重码的码字后验概率,再对多进制LDPC码进行因子图迭代译码。仿真证明本算法与现有的最大能量检测非迭代译码算法相比,与信道容量曲线的差距从4.5 dB缩小至1.5 dB。给出了实际海试湖试通信效果,频段为6~10 kHz,数据速率为357 bps,海试时近似垂直通信距离为5 km,湖试时水平通信距离近3 km、多径超过50 ms,两种情况下无差错通信的信噪比门限为2 dB,验证了本算法的优势。     

Kalman滤波辅助的室内伪卫星相对定位算法

在室内伪卫星独立定位系统中, 伪卫星以及接收机的钟差会给定位精度带来非常大的误差. 针对这一问题, 提出了一种适用于室内环境的相对定位算法. 使用Kalman定位算法粗略计算接收机位置, 获得粗略基线, 建立室内相对定位模型, 得到载波相位双差和伪距双差. 载波相位双差通过互补Kalman滤波器来平滑伪距双差, 进一步得到精确基线, 获得接收机精确位置, 并将其代替Kalman定位算法的校正结果, 对接收机进行下一状态预测. 实验结果表明, 该算法具有较高的定位精度, 定位误差在20 cm以内. 关键词： 伪卫星 相对定位 双基线 Kalman滤波     

接近非相干水声通信信道容量的信号处理算法

恶劣情况下的非相干水声通信信道模型为随机相位Rayleigh衰落,推导了该模型的信道容量曲线。为实现接近非相干信道容量的可靠通信,提出多进制低密度校验码(LDPC)和恒重码级联码的多进制非相干概率域迭代处理算法。在信道幅度和相位完全未知的情况下,根据矩估计得到信号和噪声频点幅度的统计参量,进而得到恒重码的码字后验概率,再对多进制LDPC码进行因子图迭代译码。仿真证明本算法与现有的最大能量检测非迭代译码算法相比,与信道容量曲线的差距从4.5dB缩小至1.5dB。给出了实际海试湖试通信效果,频段为6~10kHz,数据速率为357bps,海试时近似垂直通信距离为5km,湖试时水平通信距离近3km、多径超过50mS,两种情况下无差错通信的信噪比门限为2dB,验证了本算法的优势。      

一种跳频扩时码的构造及性能分析

以一维二次同余码(QCC)作为扩时模式，以光正交码(OOC)和QCC码作为频域跳频模式，通过时域和频域的组合，构造了适用于光码分多址(OCDMA)系统的QCC/QCC和QCC/OOC 2种跳频扩时码，并对码的容量及其相关性进行了分析。与一维QCC码相比，QCC/QCC跳频扩时码的容量扩大了p 1倍（p为码重），相关性得到改善，并且码字异相自相关限λa=1，互相关限λc=2；QCC/OOC跳频扩时码具有更大的码容量和更好的相关性，码字异相自相关限λa=0，所有码字按一定规律可分成p 1组（p为码重），每组内码字的互相关限λa=1，不同组间码字的互相关限λa=2。所得结果为光码分多址系统中跳频扩时码的构造提供了一种新的方法。     

码盘偏心对叠栅条纹信号相位的影响

根据两计量光栅产生叠栅条纹的几何光学基本理论,在改进计量光栅码盘理论模型的基础上,推导出码盘偏心情况下读头输出的叠栅条纹信号相位的理论公式,对码盘偏心给叠栅条纹信号相位带来的偏差进行了分析与讨论.     

实验检验双光子的几何相位

Pancharatnam在研究两束光干涉时提出的几何相位的概念;紧接着Berry发现了量子系统在循环绝热演化下的几何相位.在光子系统中,实验上已经验证了经典光和单光子的几何相位,并观察到几何相位的大小与循环演化过程有关.对于双光子,其几何相位在相同的循环演化下是单光子两倍.我们提出了一种简单的实验方案来观察双光子的几何相位.实验中,通过光路的设计排除了由于光程改变引起的相位改变,直接检测由于几何相位的不同引起的双光子干涉.     

基于分段直线拟合的伪随机码相位测量法

针对目前PN码(Pseudo-Noise Code)相位测量抗干扰能力有限的问题,提出了一种新的PN码相位测量方法,该方法以PN码的相关函数为基础,以峰值点为分界点对相关峰曲线两侧分别做最小二乘直线拟合。然后求出两条直线的交点坐标,其中横坐标与零相偏参考值的差值就是PN码相位的估值。该方法与目前常用的最小二乘同步法和三点二次插值PN码相位测量法相比较,算法复杂度增加有限。通过仿真数据可以得出,新的PN码测量方法在信噪比较低的情况下能得到比最小二乘同步法和三点二次插值法更加稳定和精确的估值结果。     

信息光学 光学记录、存储与器件

TP333.42 2006043258体全息存储中6∶8平衡调制码的编码与检测=Codingand detection of 6∶8 balanced modulation codes inthe hol-ographic data storage system[刊,中]/张友宝(哈尔滨理工大学应用科学学院.黑龙江,哈尔滨(150080)) ,王义杰…∥哈尔滨理工大学学报.—2006 ,11(1) .—93-966∶8平衡调制码是体全息存储中一种有效的通道编码方法。给出了6∶8平衡调制编码的一种编码译码方案,同时介绍了排序法,完全相关法以及Viterbi算法3种码字检测方法,并指出了Viterbi检测法如何用13次加法操作和13次比较完成码字检测。最后,对几种码字检…     

Sentinel-2卫星的多光谱轻量级船舶目标检测算法

近年来深度卷积神经网络在可见光船舶检测方面取得了显著的进展，然而，大多数相关研究是通过改进大型的网络结构来提高检测性能，因此加大了对更高计算机性能的需求。此外，可见光图像难以在云、雾、海杂波、黑夜等复杂场景检测到船舶。针对以上问题，提出了一种融合红（red, R）、绿（green, G）、蓝（blue, B）和近红外（NIR）4个波段光谱信息的由粗到精细的轻量型船舶检测算法。与现有的方法中根据光谱特性利用水体检测算法提取水体区域不同之处是该算法是利用改进的水体检测算法来提取船舶候选区域。为获取更准确的候选区域，对船舶、厚云、薄云、平静海面、杂波海面5种场景中4个波段的像素值进行了统计分析，选取近红外大于阈值作为辅助判断，并以其中心点获取候选区域32×32大小的切片，并对切片进行非极大值抑制，由此获得了船舶粗检测结果。随后构建了轻量级LSGFNet网络对船舶候选区域切片进行精细识别。构建的网络融合了1×1卷积提取的波谱特征与3×3的提取几何特征，为防止光谱特征与几何特征的信息在融合时“信息不流通”，在LSGFNet网络中引入了ShuffleNet中的通道打乱机制，并减小了模型结构，与典型的轻量级网络相比具有更好的效果且模型较小。最后，利用Sentinel-2卫星多光谱10 m分辨率数据构建了512×512大小的1 120组数据进行粗检测，以及32×32大小的6 014组数据进行精细网络训练，其中候选区域粗提取的查全率为98.99%，精细识别网络精确度为96.04%，不同场景下的平均精确度为92.98%。实验表明该算法在抑制云层、海浪杂波等干扰的复杂背景下具有较高的检测效率，且训练时间短、计算机性能需求低。     

基于自适应粒子群算法的多峰谱线分离方法研究

电感耦合等离子体原子发射光谱分析法（ICP-AES）已成为一种常规的元素分析方法,但在ICP-AES分析过程中,大多元素的分析谱线会受到背景或其他谱线的重叠干扰,形成的光谱干扰严重影响了谱线分析的准确性,所以在元素的分析过程中,需要通过适当的光谱干扰校正方法才能得到合适的元素分析线。根据光谱强度具有叠加性的特征,利用谱图将谱线形状表示为Voigt线型函数加和的多峰谱线叠加模型,以多峰谱线叠加模型与目标谱线的均方根误差构建多元函数作为评价函数的数学模型,设计自适应粒子群优化（APSO）算法寻找分离谱线特征参数的最优解,APSO算法在标准PSO算法的基础上,引入压缩因子同时使得种群参数惯性权重根据粒子个体适应度值自适应变化以及学习因子线性变化,在算法迭代过程中协调粒子种群内全局搜索能力和局部开发能力,保证算法有效且迅速收敛,实现多峰谱线分离,减少干扰谱线的影响从而得到更精准的元素分析线。以ICP-AES检测器返回的含Pr元素溶液特征波长为390.844 nm和汞灯特征波长为313.183 nm两条谱线的光强AD采样值作为两组实测数据,以两个Voigt线型近似函数构成的三种不同重叠程度的叠加合成曲线作为三组模拟数据,在数据曲线上分别选取50个能够包含曲线全部特征参数信息的点作为数据点,通过对上述五组目标数据点进行APSO算法处理,结果表明APSO算法得到的多峰谱线叠加模型相关参数能够较准确地拟合出相应的目标数据曲线,目标数据点与拟合曲线函数值相对误差较低,算法表明能够有效扣除谱线重叠干扰,同组目标数据经过多次算法处理,选择最小的最优适应度值相应的特征参数向量作为Voigt线型函数相关参数,以此拟合出的多峰谱线叠加模型曲线精准度越高、相对误差越小。这种算法具有良好的收敛性和适应性,可应用于ICP-AES在元素定性、定量方面的分析研究。     

AKAZE结合自适应局部仿射匹配的视差图像特征匹配算法

针对常用的图像特征匹配算法对具有视差的图像在图像特征匹配阶段会产生大量误匹配点的问题,提出了一种AKAZE（accelerated-KAZE）算法结合自适应局部仿射匹配的特征匹配算法。首先,采用AKAZE算法提取特征点;接着,采用二进制描述符M-LDB(modified-local difference binary)进行描述并进行暴力匹配产生粗匹配点对;最后,基于图像的仿射变换可以提供较强的几何约束这一特性,采用自适应局部仿射匹配完成精匹配。实验结果表明,该算法针对具有旋转变化、尺度变化、视角变化的图像匹配,具有提取特征点均匀、匹配准确等效果,提取的正确特征点数量分别平均相对于SIFT算法提升了1.66倍、SURF算法提升了1.08倍、ORB算法提升了6.92倍、GMS算法提升了1.23倍,能够满足具有较大视差图像匹配的需求。     

二值化特征在快速舰船目标预选中的应用

为了快速准确地自动提取和识别海面舰船疑似目标,为舰船目标精检测提供可信的数据基础,采用了二值化特征进行舰船目标粗检测,并根据舰船窄而长的几何特征提出了改进算法,按照舰船目标不同的方向分别进行模板训练。实验表明,二值化特征可以有效地提取疑似舰船目标,并且改进算法可以在提取窗口数相同时,提高查全率,更利于进一步的精检测。     

基于单反射模型的混合定位算法研究

针对现有定位算法抗非视距能力弱、且对移动台求解时往往需要一个比较精确初始解的问题,利用移动台和散射体的几何位置关系,基于单次反射圆模型提出了一种抑制非视距误差的波达时间/波达角混合定位算法。定位过程中将散射体视为虚拟基站,根据最大散射半径确定移动台的可能位置范围,在该范围内搜寻所有满足约束条件的位置点,对这些点使用加权平均处理方式以提高定位精度,最后结果即为移动台估计位置。计算机仿真表明了算法的有效性。。     

太阳光谱辐射计的信号传递与性能表征模型研究

太阳光谱辐射计作为一种专用光谱辐射测量仪器,对于其宽谱段和大动态范围的测量特点,准确完整地表征分光性能是十分重要的。研究内容旨在为太阳光谱辐射计的研制与验证提供明确的理论依据和测试方法,给出清晰而准确的机理模型和指标模型对光谱仪器系统的设计和评估提供指导。因此,重点阐述了光谱仪器系统的信号传递模型到性能指标模型的推导和建立过程。线谱扩展函数这种串联卷积模型能够综合反映仪器的各个元件对系统的影响,而且很容易通过窄带线谱光源测试而得到,并且线谱扩展函数矩阵能够清晰完整地给出光谱仪器的分光性能细节特性。而在线谱扩展函数的基础上再进一步提取关键几何特征,通过简单的算法定义即可得到半高全宽(FWHM),带外抑制和带外辐射这三项示性函数指标,可以很好地对分光系统的性能进行定量表征,是十分有效的光谱仪器系统性能评估的指标模型。     

视场角和定位误差在光谱辐射亮度测量中的影响

为了减小不同光谱辐射计间瞄准区域差异带来的光谱辐射亮度不一致性,讨论了视场角及定位对于测量准确性的影响。通过建立太阳光白板和卤钨灯白板系统光路下的光谱辐射亮度测量模型,分析了不同几何光路视场区域平均辐射亮度与中心辐射亮度的差异。数值模拟表明,太阳光白板光路修正因子仅与视场角大小有关;卤钨灯白板光路修正因子随测量距离增大而减小,距离600 mm时8°和14°视场角的修正因子分别变为0.993 5和0.980 2。最后,实验验证了卤钨灯白板系统下角度误差和位移误差对光谱辐射亮度的影响。结果表明,修正因子对水平方向的角度误差和位移误差呈现非对称性,两侧差异高达2%。因此,依据视场角和几何定位可以对测量结果进行数据修正,有助于提升光谱辐射亮度测量不确定度水平。     

基于多光谱辐射特性的高速目标识别定位系统

为了实现高速目标的快速识别及定位,采用多光谱辐射与声定位技术联用,在被动探测的状态下快速获取被测目标爆炸波的光谱特性及声特性,从而分析判断其种类、位置等重要参数信息。推导了多光谱辐射目标识别检出公式,计算了采用激波声定位方法获取光程距离的精度及合理的积分时间。实验分别采用5.56 mm北约弹、7.62 mm 56式步枪弹、12.7 mm 54式机枪弹作为被识别目标弹丸,通过丹麦B&K公司的2209脉冲声压计完成声压峰值采集,获得了三种目标弹丸的速度、距离信息。由静态傅里叶变换干涉系统与ICX387AL型CCD完成干涉条纹的采集,再将获得的光程信息代入多光谱目标识别算法中,从而通过目标的光谱特性识别弹丸的类型。实验结果显示,5.56 mm北约弹的三个特征波长位置幅值接近,966 nm位置处幅值最大;7.62 mm步枪弹在935 nm位置上幅值最大,其他两个位置上幅值相近;12.7 mm机枪弹的三个波长呈阶梯状分布。在多次测试过程中,经光谱标定、特征波长提取等方法对采集得到的三组光谱数据均可成功识别弹丸的种类并给出目标位置,满足设计要求。     

反射光谱特征的土壤分类模型

土壤反射光谱综合反映了土壤的理化性质和内部结构,高光谱遥感已被用于基于土壤反射光谱特性的土壤分类。已有研究一般利用土壤反射光谱一阶微分主成分作为输入量进行光谱分类模型构建,但主成分数据缺乏物理意义,且缺乏对比性、适用范围也有限。与反射率一阶微分数据相比,基于去包络线提取具有明确物理意义的特征参数,能够提高土壤分类的精度,并寻找到一种高精度土壤分类模型。选取吉林省农安县的四种典型土壤（风砂土、草甸土、黑土、黑钙土）,将采集后的土壤样本进行风干、研磨、过2 mm筛处理,采用ASD FiledSpec®3便携式光谱仪对处理后的土壤样本的可见光近红外光谱区进行测试,从而获得土壤样本的光谱数据。对光谱数据进行九点平滑、10 nm重采样处理进行降噪,将处理后的数据分别进行一阶微分主成分以及去包络线处理。利用土壤样本的去包络线提取光谱特征参数。以一阶微分主成分数据和光谱特征参数为输入量分别代入Logistic聚类模型（LR）、人工神经网络聚类模型（ANN）、K-均值聚类模型（K-means）。首先明确了不同土类之间的反射光谱曲线、去包络线的差异大小,以及相同土壤的反射率曲线、去包络线进行土壤分类的优劣,并且在去包络线的基础上提取能够区分不同土类的光谱特征参数;其次,比较一阶微分主成分与光谱特征参数作为输入量时,三种光谱分类模型精度差异并分析不同模型精度差异的原因。结果表明：（1）四种土壤的反射光谱曲线差异较小,去包络线可以极大的增强四种土壤在430～1 210 nm之间的光谱差异,并在去包络线的基础上构建具有明确物理意义的光谱特征参数。（2）将一阶微分主成分和光谱特征参数分别代入三种聚类模型可知,以光谱特征参数为输入量的土壤光谱分类模型均超过了以一阶微分主成分为输入量的模型精度,由于光谱特征参数保留了原数据的物理意义、更准确的体现了不同土壤类型之间的差异性,而一阶微分主成分数据带有一定的模糊性不同范围之间缺乏对比性,在土壤分类中以光谱特征参数作为输入量更具有优势。（3）在三类土壤分类模型中,LR的分类精度最高为76.67%,Kappa系数为0.56;ANN的分类精度中等为72.50%,Kappa系数为0.48;K-means的分类精度最低,只有65.00%,Kappa系数为0.33。研究成果可为土壤精细制图、以及土壤分类仪器的研制提供技术支持。     

基于相对距离的复杂网络谱粗粒化方法

复杂网络的同步作为一种重要的网络动态特性,在通信、控制、生物等领域起着重要的作用.谱粗粒化方法是一种在保持原始网络的同步能力尽量不变情况下将大规模网络约简为小规模网络的算法.此方法在对约简节点分类时是以每个节点对应特征向量分量间的绝对距离作为判断标准,在实际运算中计算量大,可执行性较差.本文提出了一种以特征向量分量间相对距离作为分类标准的谱粗粒化改进算法,能够使节点的合并更加合理,从而更好地保持原始网络的同步能力.通过经典的三种网络模型(BA无标度网络、ER随机网络、NW小世界网络)和27种不同类型实际网络的数值仿真分析表明,本文提出的算法对比原来的算法能够明显改善网络的粗粒化效果,并发现互联网、生物、社交、合作等具有明显聚类结构的网络在采用谱粗粒化算法约简后保持同步的能力要优于电力、化学等模糊聚类结构的网络.