针对双目视觉系统在远距离目标点三维坐标测量中的问题,首先,基于双目视觉测量系统的原理,分析了双目视觉中相机标定和三维定位过程的主要误差来源;然后,推导了双目视觉三维定位测量系统与相机参数、特征点匹配精度、像元大小、焦距、基线长度与测量距离之间的导数关系。最后,通过仿真实验得到各参数对测量系统定位误差的影响。实验结果表明,该误差模型对双目视觉测量系统的设计具有一定的指导意义。

基于大气污染物二维分布遥测系统,开展了被动成像差分吸收光谱技术和图像优化算法相结合的大气污染物二维分布遥测研究。将紫外光谱和可视化图像的双通道系统相结合,实现了污染物浓度信息与可视化图像的精确匹配。针对复杂背景下污染物的数据处理问题,尤其是受浓烟、障碍物遮挡等情况下的数据缺失问题,对观测值进行筛选和处理,再结合烟羽扩散模型和曲面三次样条插值算法对整个区域内的浓度信息进行优化,从而快速获得高空间分辨的污染物二维分布图像信息。

光频域反射计(OFDR)作为分布式光纤传感(DOFS)领域的重要分支,具有高灵敏度和高空间分辨率等优势,是近年来该领域的研究热点。介绍了OFDR的原理及关键技术,系统综述了高空间性能光频域反射计及远程光频域反射计近年来国内外的研究进展,分析了OFDR在不同领域的最新应用,并对不同OFDR的特点进行总结。

针对目前尚无有效测量建筑工地等无组织排放源排放的颗粒物质量浓度的方法的问题,提出基于后向光散射的无组织排放颗粒物质量浓度远程测量方法,其测量结果为柱形光束段的颗粒物质量浓度平均值。建立后向散射光能与颗粒物质量浓度、测量距离的理论模型,搭建以半导体激光器为光源和以互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为探测器的便携式测量装置,开发了图像处理程序。通过标定实验验证了颗粒物质量浓度与系统输出值之间的线性关系,并得到了标定曲线。实验分析了较大颗粒的粒径及测量距离在100 m以内的变化对测量结果的影响。同时选取无组织排放源进行现场模拟测试。结果表明:基于新方法的实验测量装置可应用于开放场地无组织排放气团中颗粒物柱浓度的远程估测。

为获取某型高功率微波辐射系统辐射至空中靶目标处(数十m至数百km处)的微波脉冲参数, 基于某升空平台无线数传链路, 设计了一种结构简单、紧凑的远程无线高功率微波辐射场测量数据采集系统。该系统具备运行状态动态指示、测量参数远程设置以及波形数据实时显示等功能, 质量小于2 kg, 瞬时动态范围大于15 dB。试验结果表明: 测量系统具备高重频微波脉冲参数测量能力, 能实时有效捕获辐射场微波波形, 运行稳定可靠, 可满足百km级距离上的空中辐射场测量需求。

针对双目视觉系统对远距离大视场复杂地形环境下目标点三维坐标的测量， 研究了优化系统结构，提高双目视觉系统坐标测量精度的方法。 分析了系统结构参数对测量精度的影响，通过在监测区域内设置靶标对系统进行标定。测量时，将获取的目标点图像信息代入测量模型进行解算，从而获得目标点的空间三维坐标。仿真分析了系统结构参数中调平传感器精度以及系统布局方式对三维坐标测量精度的影响，得出了其误差影响趋势。在此基础上，提出系统调平传感器精度为±0.1°的要求以及系统合理的布局方式，为构建双目视觉测量系统的布局提供参考。对直径200 m的区域进行了监测，结果显示目标点的相对定位误差均小于0.33%，满足系统的精度指标要求，同时使得系统现场架设更加方便快捷，避免了盲目性。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有非接触测量、无需样品预处理以及快速多元素同时分析等特点, 适合于高温、高压、真空、有毒以及敌对环境等仪器和操作人员无法靠近观测对象的应用中。LIBS技术结合望远镜系统可以实现物质成分的远距离检测与分析。搭建了一套可自动聚焦的LIBS远程测量系统。该系统中的望远镜采用Schwarzschild结构, 由一块凹球面反射镜和一块凸球面反射镜组成。两块球面反射镜共轴安装。其中凸面反射镜安装在电控精密平移台上, 电动平移台可带动凸面反射镜沿光轴移动。通过调整凸面反射镜的位置, 改变凸面反射镜和凹面反射镜的间距, 进而改变系统的焦距, 实现对不同距离的样品进行光谱测量。该结构的优点在于: 激光聚焦光路与信号光采集光路相同, 便于安装和调试;望远镜系统采用全反射式光路, 适用于紫外波段检测;只包括两个球面反射镜, 结构紧凑, 元件容易加工。望远镜系统调焦距离为1.5～3.6 m, 聚焦光斑直径约为0.5~1.0 mm。使用该系统对铜样品进行了LIBS实验, 确认了Cu元素的特征谱线。通过测量Cu元素的LIBS特征谱线(Cu Ⅰ 223.01 nm, Cu Ⅰ 224.43 nm)峰面积和反射镜间距之间关系, 得到了激光的最优聚焦位置。实验结果表明, 该系统能够完成样品的远程激发和LIBS光谱测量, 并能够对不同距离的样品进行自动聚焦。

In this paper, we propose a Fresnel reflection-based optical fiber sensor system for remote refractive index measurement using the optical time domain reflectometry technique as an interrogation method. The surrounding refractive index from a long distance away can be measured easily by using this sensor system, which operates based on testing the Fresnel reflection intensity from the fiber-sample interface. This system is a simple configuration, which is easy to handle. Experimental results showed that the range of this measurement could reach about 100.8 km, and the refractive index sensitivities were from 38.71 dB/RIU to 304.89 dB/RIU in the refractive index (RI) range from 1.3486 to 1.4525.

针对传统视觉测量方法不能用于远距离和大场域目标测量的问题，提出了一种简单的视觉测量方法，可精确地测量远距离、大场域内目标落点的位置。利用简单的现场标校方法，使两相机的横向核平面水平且重合。在此基础上，根据视觉测量原理，建立了简化的落点坐标视觉测量模型。利用该模型，在250 m×350 m的测量区域内对遍布相机视场的44个目标点进行了视觉测量实验。实验数据显示:各点的综合相对测量误差小于0.3%，达到了较高的测量精度，完全适用于远距离、大视场的目标落点测量。

针对桥丝辐射温度检测中存在被测目标体积小, 红外辐射量小, 远距离传输损耗大等难点技术问题, 设计了一种双波长光纤温度测量系统。根据电火工品热辐射的原理, 得出双波长测温数学模型, 采取有效的光学光纤耦合和提高系统信噪比的措施, 采用 InSb(响应波长范围为 0.8～3 μm)和 HgCdTe(响应波长范围为 3～5 μm)双波段探测器, 实现了对电火工品目标进行非接触的感应电流及温度测量。测试装置电磁屏蔽能力强, 受环境温度影响小, 避免了温度漂移带来的测量误差, 测量温度精度达到 1 K, 为桥丝等极弱热辐射的温度检测奠定了基础。