1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心，长春 130012
由于红外热释电探测器在低温环境下易发生温度漂移，导致非分散红外（NDIR）二氧化碳（CO2）农业火灾检测仪受低温影响较大。针对上述问题，本文设计了一种应用于-40 ℃低温环境的探测器温度控制系统。给出了NDIR农业火灾检测仪的原理，探究了热释电探测器温度漂移现象，在此基础上，设计了以STM32F103为核心的温度控制系统。将温度控制系统集成于火灾检测仪中，在-40 ℃环境温度下，将探测器温度从20 ℃起始温度控温，稳定在21 ℃的响应时间为16 s，温度波动的1σ值为0.012 6 ℃，响应时间和稳定性均满足低温环境下的控温需求。在控温条件下，对传感器进行了标定，将气体标定实验得到的吸收通道与参考通道电压信号的一次谐波幅值比和标准气体浓度值进行指数拟合，拟合优度达到了99.852%。利用纯氮气（N2）样品，对检测仪进行了25 min的稳定性测试，测得的浓度波动范围为-28.128 76×10-6~27.240 5×10-6。引入Allan方差进行评估，当积分时间为0.25 s时，检测下限为1.213 01×10-6；当积分时间为114.75 s时，理论上系统的检测下限可达到4.822 5×10-7。实验结果表明，该温度控制系统可以保证火灾检测仪在低温环境下的正常工作。
火灾检测 气体吸收 温度控制 BUCK电路 牛顿迭代法 增量式PID Fire detection Gas absorption Temperature control Buck circuit Newton iteration method Incremental PID
1 北京理工大学 光电学院 信息光子技术工业与信息化部重点实验室, 北京 100081
2 北京理工大学 长三角研究院(嘉兴), 嘉兴 314001
3 北京理工大学 光电学院《光学技术》编辑部, 北京 100081
分布式探测系统中当接收信号信噪比较低时, 基于信号到达各接收天线延时差(TDOA)的定位法精度直接被延时差测量精度所制约。为解决这一问题, 提出了基于多天线信号合成的优化TDOA定位算法, 利用多路合成后的信号来精确获得各路信号延时差。仿真结果表明优化定位算法相较传统高斯牛顿迭代法在低信噪比情形下可将定位误差减小一个数量级。进一步搭建光纤稳时传输系统, 实验结果显示, 在信噪比为1.1dB时, 优化算法定位精度可达到1.6m, 比传统算法的定位误差降低了86.8%。算法将极大地扩展TDOA定位法的适用范围。
分布式探测系统 TDOA定位 高斯牛顿迭代 distributed detection system TDOA localization Gauss-Newton iterative method
1 中国电子科技集团公司 第54研究所，河北 石家庄 050081
2 空装北京军代局 驻石家庄地区军代室，河北 石家庄 050081
方位时差联合定位系统普遍应用在电子侦察领域，针对目标距离观测站较远时，地球球体模型会带来定位精度差的问题，提出了一种适用于地球椭球体模型的方位时差联合定位算法。该算法首先建立了双站方位时差联合定位数学模型，结合地球球体模型，解球面三角形，获得解析解；然后引入方位平面假设，将大地坐标系下的方位观测方程转换到地心直角坐标系下，结合地球椭球体方程和时差测量方程，从解析解出发，基于牛顿迭代法获得精确解，通过仿真验证算法性能。算法提出远距离方位时差联合定位的一种解决思路，为工程实现提供了技术参考。
地球模型 定位 方位 测向 到达时差 牛顿迭代法 earth model position finding azimuth direction finding time difference of arrival Newton iteration 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 864
1 武汉大学 a.电子信息学院, 湖北武汉 430072
2 b.深圳研究院, 广东深圳 518063
为了解决 WiFi外辐射源雷达现场应用中首先需要实时获取室内辐射源位置的问题, 通过详细分析室内环境中信号的反射方式和特性, 利用一次反射信号建立了 WiFi辐射源测量的到达时间差(TDOA)模型, 并分析推导出辐射源坐标求解方程。对于该非线性方程, 先利用 Taylor展开在初值处将其线性化, 然后利用高斯牛顿迭代法估计辐射源坐标, 且具有较快的收敛速度。仿真分析表明其所提算法可实现室内辐射源定位, 且因方程线性化带来的精确度损失可通过迭代得到快速补偿。
室内辐射源定位 多径利用 高斯牛顿迭代法 WiFi WiFi indoor emitter localization multipath exploitation Gauss-Newton iteration 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 672
1 南京理工大学计算机学院, 江苏 南京 210094
2 东南大学自动化学院, 江苏 南京 210096
3 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室, 江苏 南京 211096
随着数字投影技术的发展,基于光栅投影的三维测量技术在众多领域中得到了广泛应用。但是大多数应用场景下,环境中都存在着各种周期性的光源,对光栅投影的成像过程造成干扰,在相位提取的过程中引入非线性误差,进而影响三维重建的精度。针对上述问题,从时域上分析环境光源的干扰因素,通过采集分析周期性环境光影响的图像并建立光源模型,为此提出一种高精度的相位补偿算法。实验证明所提算法可有效抑制由环境光源带来的相位非线性误差。
测量 三维测量 光栅投影 周期性噪声 牛顿迭代 光学学报
2020, 40(15): 1512002
复杂环境下进行定位导航, 需要构建全源导航系统, 实现多传感器的即插即用和不同频率的数据融合。研究了一种基于因子图的数据融合方法, 该方法采用因子图法表示状态的递推与更新, 采用高斯牛顿迭代法求解优化方程完成组合导航中的数据融合任务。然后以惯性/卫星组合导航系统为例, 分析了因子图的原理内容, 设计了相应的信息融合框架。最后对该方法的可行性进行了仿真验证, 实验数据表明, 3轴位置的均方根误差值分别为1.53 m, 1.55 m, 1.53 m, 证明了该方法的可行性, 可以在此基础上扩展传感器, 构建全源导航系统。
惯性/卫星组合导航 图优化算法 高斯牛顿迭代法 数据融合 SINS/GNSS integrated navigation graph optimization algorithm Gauss-Newton iteration method information fusion
1 长春理工大学 a 光电工程学院
2 长春理工大学 b 机电工程学院, 长春 130022
为了提高激光3D投影校准系统的校准可靠性、获得最佳校准参数, 根据校准系统的基本原理, 提出了一种将激光3D投影观测值求解模型与校准参数求解模型结合的方式, 来建立激光3D投影校准模型的方法.该方法采用两个步骤进行激光3D投影校准系统的校准参数的求解.第一步是通过等距法建立激光3D投影观测值求解模型, 引入模型初值的求解, 这种初值的设计结果避免了该求解模型运用的牛顿迭代法呈现的弊端.第二步通过四元数法建立校准参数求解模型.仿真结果显示, 在H、V上施加服从正态分布的均值为0、标准差σ=0.5″的误差后, 该激光3D投影校准系统求解模型误差RMS在0.3 mm以内, 同时, 采用激光跟踪仪作为对比基准验证了本方法的可靠性及校准精度, 在3 m至5 m的定位空间范围内, 最大误差在0.4 mm以内, 满足激光3D投影系统的投影定位精度.即该校准模型可实现对激光3D投影校准系统校准参数的求解, 且校准精度高, 校准方法收敛速度快, 提高了系统校准工作速率, 为激光投影系统的研制提供了新的算法思路.
激光3D投影 激光3D投影校准模型 牛顿迭代法 初值设计 校准参数 精度评价 校准精度 Laser 3D projection Laser 3D projection calibration model NEWTON iteration method Preliminary design Calibration parameter Accuracy evaluation Calibration precision
1 南京航空航天大学 航天学院, 南京 210016
2 航天恒星科技有限公司 导航事业部, 北京 100086
3 中国人民解放军 91362部队, 舟山 316200
为了解决激光三角测量法在标定时, 不能直接准确地测量激光器端口与标定物的距离的问题, 采用了一种基于距离差进行标定的方法。该方法利用标定物移动的距离作为标定输入, 改进了测量系统的标定方法;采用高斯-牛顿迭代法计算测量系统的参量, 分析了测量系统在标定时可能产生的激光像点提取误差和非垂直误差。结果表明,测量距离的精度可达到4.000mm。该方法能够准确标定激光三角测量系统的参量。
激光技术 激光三角测量 距离差标定 高斯-牛顿迭代法 误差分析 laser technique laser triangulation measurement calibration of distance difference Gaussian-Newton iteration method error analysis
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710000
针对基于光谱数据进行温度与发射率分离过程中存在的n个方程包含n+1个未知数这一欠定问题, 提出利用牛顿迭代法来实现材料表面真温及发射率的反演计算, 通过给定温度和发射率初值, 利用泰勒级数的线性项建立迭代公式, 通过迭代得到温度和发射率的近似解。 分别利用理论热辐射谱和腔黑体的实验数据进行验证, 结果表明, 任意给定温度和发射率初值均可获得与真实温度接近的计算温度值, 相对误差小于0.09。 发射率反演结果与真实发射率线形一致, 当温度和发射率初值越接近真实温度和发射率时, 发射率反演结果越精确。 该方法消除了发射率假定模型限制, 有望应用于高温及超高温下各种材料真实温度和光谱发射率研究。
温度反演 材料发射率 牛顿迭代法 高温光谱 Inversion temperature Material emissivity Newton’s method Thermic spectral 光谱学与光谱分析
2017, 37(5): 1471
提出了一种无损检测眼镜镜片基底折射率的方法。该方法通过测量眼镜镜片在可见光区域内的反射比数据, 采用高斯牛顿迭代法拟合反射比曲线来检测镜片基底折射率, 并用Cauchy模型分析了镜片折射率的色散现象。检测结果表明, 镜片折射率的相对误差不超过2%, 可基本满足对镜片折射率区间的判定。
光学测量 无损检测法 反射比 折射率 Cauchy模型 牛顿迭代 optical measurement non-destructive method reflectance refractive index Cauchy model Newton iteration
