节点定位技术是无线传感器网络应用的关键。针对传统质心定位算法定位精度低的问题，提出了一种基于接收信号强度指示的三维质心迭代定位算法。算法根据测距技术简化未知节点的定位参考节点，通过节点间的空间几何关系得到距离偏移系数，利用系数的最优解对质心坐标进行修正，并多次迭代更新系数以更新定位结果，直到达到迭代准则为止。仿真实验结果表明，相比于传统的质心定位算法，本文算法可提高定位精度20%~28%，能有效减少无线传感器网络三维定位的定位误差。

分析了不同离焦像点半径及不同噪声强度下的星敏感器质心定位误差,建立了质心定位误差关于离焦像点半径和噪声强度的函数模型,在质心定位精度确定的条件下得到了离焦像点最优高斯半径与背景噪声强度的一元函数关系。仿真实验表明,在给定的质心定位精度下,最优高斯半径与噪声强度近似服从抛物线关系,统计出噪声强度后即可得到最优的像点高斯半径值。

在诸多需要对光斑质心进行定位的领域里, 光斑质心定位的精确性和稳定性都是至关重要的。根据光学系统对物体边缘的模糊原理, 提出一种新的光斑中心提取算法。该算法是以反正切函数为基函数, 通过对其变量代换从而得到可以拟合光斑灰度分布的函数。求解过程中首先通过高斯-牛顿法进行迭代, 然后再通过最小二乘法进行最优解估计。文中先通过仿真分析, 对比了文中算法与传统算法的优劣, 进一步通过实验验证该方法相对于传统方法的优势。实验结果表明: 基于文中算法光斑质心提取精度为0.125 3个像素; 此时角度传感器的测角精度为0.172 3″, 优于传感器技术要求的0.25″。文中算法对噪声、对比度、光斑的长宽比和大小的综合性能优于传统算法, 实验结果稳定可靠, 满足角度传感器使用要求。

针对复合材料结构上低速冲击载荷位置识别问题, 通过构建分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感网络, 分析了光纤布拉格光栅传感器感知的冲击响应信号时间序列的偏斜度、陡峭度与到传感器之间距离的关系。通过不同位置传感器感知的冲击响应信号的偏斜度和陡峭度对冲击载荷所在的区域和到各个传感器之间的距离进行了辨识, 采用加权质心定位算法实现了冲击载荷位置的坐标定位。实验结果表明：在碳纤维复合材料板上240 mm×240 mm的监测区域内随机选取16个测试样本点进行低速冲击定位识别, 实现了所有冲击实验点的区域辨识, 坐标定位的平均误差为20.7 mm。研究结果为碳纤维复合材料板的低速冲击定位提供了一种可靠的方法。

针对激光模拟射击系统对激光光斑进行快速、高精度质心定位的要求, 提出了一种基于视频序列图像的光斑检测与高精度质心定位方法。该方法首先利用帧间差分图像和噪声估计参数对射击突发事件进行检测; 然后利用噪声估计方法确定光斑的分割阈值, 结合形态学滤波对目标光斑和背景噪声进行有效分割, 提取光斑区域, 同时降低窗口内外噪声。最后, 用4帧差分图像合成1帧高分辨率的图像来抑制图像噪声和计算误差的影响, 实现光斑质心的高精度定位。实验结果表明, 本文方法的光斑质心定位精度与稳定性均优于传统的方法; 其中光斑质心定位精度达到了亚像素级别, 稳定性度量平均值为0.000 49, 优于传统方法的0.002 97。得到的结果显示, 提出的方法有助于提升激光射击系统的性能。

在大气激光通信中捕获对准跟踪（APT）是通信成功的前提。对空间激光通信中的捕获对准跟踪系统常用的两种光束定位探测器件CCD和四象限光电探测器(QD)的特性进行了深入分析，研究了影响大气激光通信跟踪系统性能的5种大气湍流效应，分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理及对应仿真结果。结合大气湍流和探测器，针对质心跟踪算法和形心跟踪算法进行深入分析，得到并实验验证了在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论。

为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法，分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性，结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应，分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析，得到在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论，并通过实验进行了验证.