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 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
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
1 国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
2 高能激光技术湖南省重点实验室， 湖南 长沙 410073
3 大功率光纤激光协同创新中心， 湖南 长沙 410073
在多模光纤模式色散求解、光纤耦合模理论分析以及锥形光纤的模式演化等过程中，都涉及到多模阶跃光纤纤芯传导模式的特征方程的求解，计算量很大，从而直接影响整体的计算效率。分析了牛顿迭代法及其收敛速度的优势。求解弱导近似下的标量模式特征方程时，利用第一类贝塞尔函数的零点确定其解区间，再结合牛顿迭代法在区间内快速求解特征方程。将此求解过程引入矢量模式特征方程求解中，并结合上下边界截弦的方式快速判断特征方程尾根与首根的存在性问题。将此方法的计算结果与OptiFiber软件的计算结果作对比，画出光纤的模式色散曲线，验证了该快速求解方法的正确性。
光纤光学 特征方程 纤芯传导模式 牛顿迭代法 数值逼近 中国激光
2016, 43(10): 1006002
1 杭州科澜信息技术有限公司,浙江 杭州 310022
2 重庆交通大学 土木建筑学院,重庆 400074
3 桂林理工大学 测绘地理信息学院,广西 桂林 541004
BOTDA布里渊背向散射光谱数据表现为洛伦兹型曲线,对不同的单模光纤和多模光纤会生成不同的波峰个数,单模光纤中的布里渊背向散射光谱表现为单个波峰,采用非线性最小二乘法对单峰进行拟合,采用高斯-牛顿迭代法求最小二乘解。迭代运算的效率取决于初始值的精度,当误差较大时,迭代次数会增加,甚至无法收敛。采用传统法和定积分法分别获取某一初始值。实验结果表明,在满足同等精度的条件下,定积分法能降低迭代次数,对布里渊背向散射光谱的单峰拟合具有较好的效果。
光纤通信技术 布里渊背向散射 洛伦兹型曲线 高斯-牛顿迭代法 曲线拟合 optical fiber communication technology BOTDA BOTDA Brillouin back scattering Lorenz curve Gaussian-Newton method curve fitting
针对存在动态前景目标的抖动视频序列, 提出了一种以块匹配为基础的块差分平方前景目标去除的电子稳像方法。首先, 将图像分成大小为16×16的特征块, 通过设定阈值筛选出具有足够梯度信息来估计运动矢量的特征块, 从而减少参与计算的特征块数量以提高处理速度; 然后, 采用归一化互相关(Normalized Cross Correlation, NCC)匹配算法和迭代搜索策略来完成特征块的匹配; 最后, 采用牛顿迭代法计算仿射变换模型下的帧间运动参数, 并根据这些参数完成运动补偿, 实现图像序列的稳定。实验表明, 算法成功地去除了视频序列中动态前景目标的干扰, 对存在平移及旋转运动的视频序列, 能够快速有效地去除抖动, 获得稳定的视频序列。
电子稳像 块匹配 块差分平方 归一化互相关 牛顿迭代法 electronic image stabilization block match block difference square NCC Newton iteration method
