为进一步提高室内可见光三维定位的精度, 提出了一种基于最小三角形算法的室内可见光三维定位方法。该方法采用视距链路模型, 由定位终端接收携带发光二极管位置信息的光强信号, 利用最小三角形算法和接收信号强度指示方法来计算接收机在室内的三维位置信息, 再引入加权质心算法降低光路受遮挡所造成的影响。仿真结果表明: 在室内5 m×5 m×3 m的定位区域内, 提出的定位方法平均定位误差约为4.35 cm, 平均高度误差约为1.65 cm, 定位精度优于传统的室内可见光三维定位方法。

激光足印光斑质心的精确提取,对于提升国产卫星激光测高平面精度具有重要的实际意义。本文比较了灰度重心法、高斯拟合法和椭圆拟合法三种传统光斑质心提取算法,综合分析后提出了一种利用高斯拟合法和Canny边缘检测设置灰度阈值和距离阈值,并最终使用灰度重心法进行光斑质心提取的算法。对100组仿真光斑进行测试后的结果表明,本文算法提取的质心偏移量的标准差小于0.05 pixel,精度较其他三种算法高。使用本文提出的算法对高分七号卫星获取的某一段连续激光数据进行光斑质心提取,结果显示,高分七号卫星两束激光足印光斑在地面抖动的范围均在0.55 cm以内。本文算法和结论可为后续高分七号卫星激光测高数据的使用和研究提供一定参考。

对激光雷达距离探测中的回波信号建模, 提出一种窗宽自适应形心修正算法, 根据窗宽与饱和度的关系建立窗宽自适应模型以获取形心, 并采用中位数修正, 实现高精度饱和波形时刻提取.利用Matlab进行仿真分析, 结果表明当信噪比为10 dB时, 窗宽自适应形心修正算法精度为0.3 ns, 相比于传统形心算法提高92%, 可有效解决形心漂移问题.利用板级系统实测波形验证算法, 并针对实测波形的微小畸变修正该算法, 结果表明在饱和波形下该算法时间精度可达0.5 ns, 可实现7.5 cm的测距精度, 有效增大测距动态范围, 降低系统复杂度.

利用石英倾斜仪CCD驱动器、高精度电动位移台和光路系统搭建测试平台, 对线阵CCD亚像素细分定位中的一种灰度加权重心法进行实验测试。通过噪声漂移实验和分辨力测试实验, 验证了灰度加权重心法能够有效抑制噪声干扰, 提高CCD像点定位分辨力, 实现线阵CCD亚像素细分定位。实验结果, 倾斜仪CCD驱动器采用加权重心法将像点定位分辨力提高至了1/3像素。

条纹阵列探测激光雷达具有测距精度高、作用距离远、探测景深宽和数据更新率高等显著优点, 已被广泛应用于地形测绘、海岸带监测、城市三维重构、森林生态研究等领域中。传统的信号鉴别方法在回波信号距离提取过程中存在一定的局限性, 影响了条纹阵列探测激光雷达的距离分辨能力和目标识别能力。针对这一问题在处理条纹图像时引入了一种迭代加权质心算法, 讨论了该算法在质心定位中的独特优越性, 结合条纹阵列探测激光雷达的信号分布特征确定了该算法中关键参数的选取。利用该算法在1.4 km的作用距离下获得了具有清晰边界特征的目标距离像, 有效抑制了距离提取过程中产生的边界模糊效应, 显著提升了系统的细节分辨能力, 相比于传统的质心算法, 测距精度提高了17%。

简述了空间激光通信中精跟踪系统的组成和控制结构，分析了捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器使用质心算法进行信标光斑定位时的误差来源，对精跟踪探测器信标光斑定位过程进行傅里叶频域分析.推导得到消除质心算法系统误差的理论方案，即信标光波长和精跟踪系统的F数乘积需大于精跟踪探测器的像元尺寸.分析了精跟踪系统实现过程中关键参数的选取过程，结合精跟踪系统的系统参数耦合关系，为了不损失精跟踪视场，在精跟踪探测器镜头前添加孔径光阑进行精跟踪系统优化，以消除精跟踪探测器光斑定位时的系统误差.理论计算和实验证明：当孔径光阑的直径小于9.32 mm时，精跟踪系统的相对孔径小于0.045，精跟踪误差仅为0.03 pixel，相比优化前的精跟踪系统，跟踪精度提高了1.9倍.

扩展目标夏克-哈特曼波前传感器子图像之间偏移量的计算是影响波前传感精度的关键,通常采用相关算法来实现,并通过抛物线插值等方法来达到亚像元精度。子图像相对偏移量的计算也可以采用计算相关函数质心的方法来实现,其主要步骤是先计算子图像间的相关函数,在此基础上计算相关函数的质心,达到亚像元精度。通过仿真研究表明这种算法的精度与进行相关运算时的图像大小、计算质心时的相关函数窗口大小以及相关函数阈值的设定有关;同时,图像的信噪比也会影响算法的精度。研究表明,图像的信噪比小于1时,质心算法的计算误差相对较大;当图像的信噪比高于2时,相关函数质心算法的误差大约是抛物线插值法误差的一半。实验结果与仿真结果也基本吻合。

捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器在不同噪声下对精跟踪系统进行光斑位置定位的影响不同。分析了探测器条状噪声的来源, 理论推导了条状噪声对质心算法的影响。采用阈值质心算法对含有条状噪声和椒盐噪声的图像进行光斑定位, 仿真分析了不同阈值、不同光斑图像信噪比下X轴和Y轴的光斑定位偏差, 对比了X轴和Y轴的光斑定位精度。仿真结果表明, 沿Y轴方向延伸的条状噪声使得X轴光斑定位精度优于Y轴。实验分别测试了不同系统配置、不同干扰幅度下精跟踪系统X轴和Y轴的跟踪精度。实验结果表明, 对于两个正交轴对称的精跟踪系统, X轴的跟踪精度优于Y轴, 从而验证了条状噪声的存在使得X轴的光斑定位精度优于Y轴的结论, 实验结果和仿真分析结果相符。

单圈绝对式编码器相比于增量式编码器及传统的绝对式编码器有独特的优势, 其关键技术在于译码系统的设计及译码算法的研究。为了提高单圈绝对式编码器集成度、响应速度及精度, 设计了译码系统, 该系统采用线阵CCD作为码盘图像光电转换装置, 并利用FPGA实现电路控制及译码算法。同时提出了新的译码算法, 该算法一方面将CCD输出信号二值化后的电平信号高电平计数, 判断组合得到粗码信息; 另一方面应用质心法进行细分定位, 通过计算条纹质心与虚拟中心的偏差得到细分角度值。最后, 通过两者结合得到角度信息。基于该系统研制的经纬仪样机精度达到2″。

随着科学技术的迅速发展,人们对信息量的需求不断增大。空间激光通信因其具有通信速率高、通信束散角小、 安全保密性高等众多优点,受到越来越广泛的应用。在空间激光通信系统中,天空背景辐射 是影响系统性能的主要背景噪声。强天空背景条件下,粗跟踪光斑的提取成为了影响粗跟踪精度的主要难点。 首先介绍了几种抑制天空背景光的方法,如采用原子滤光片、减小接收机口径等。在实验条件下,采 取Otsu阈值处理和质心算法对粗跟踪光斑进行处理,分析天空背景光对粗跟踪成像光斑的影响。实验结果表明, 在天空背景光影响下,这种Otsu阈值处理方法能够准确提取成像光斑,可以有效提高粗跟踪精度。