1 华北电力大学 电子与通信工程系
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室， 河北 保定 071003
FBG形状传感器的铺设角度偏差导致曲率和挠率测量误差，进而影响形状传感器的重构精度。针对该问题，文章提出了一种基于鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm，WOA)的FBG铺设角度偏差自矫正模型。重构实验验证了所提方法的有效性，不同形状的远端重构误差分别从11.66和22.6mm降低至5.63和10.47mm，相对误差分别从2.56%和4.96%降低至1.21%和2.25%，相对误差从2.56%和4.96%降低至0.95%和2.06%。
形状重构 光纤布拉格光栅 误差修正 鲸鱼优化算法 shape reconfiguration FBG error correction whale optimization algorithm
1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003
光纤布拉格光栅（FBG）形状传感器的铺设角度偏差和标定误差影响检测点曲率和弯曲方向的测量精度，进而导致形状重构误差。针对该问题，提出了曲率和弯曲方向的误差修正模型，以及FBG铺设角度偏差和标定误差自校正模型。利用自校正模型优化FBG的铺设角度和标定系数，并将其代入曲率和弯曲方向误差修正模型，从而提升了形状传感器的重构精度。对模型进行了仿真和实验验证，误差修正后，不同形状的远端重构误差分别从11.66 mm、14.42 mm和22.6 mm降低为4.43 mm、5.67 mm和9.57 mm，相对误差分别从2.56%、3.1%和4.96%降低至0.95%、1.22%和2.06%。所提模型为FBG形状传感器重构提供了一种有效的误差修正方法，不需要复杂的实验校准过程，在FBG形状测量场景中具有较大的应用潜力。
形状重构 光纤布拉格光栅 误差修正 种群优化 光学学报
2023, 43(22): 2228002
1 哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所，黑龙江哈尔滨5000
2 北京航天计量测试技术研究所，北京100076
为实现调频连续波（Frequency-modulated Continuous-wave，FMCW）激光雷达的高精度测量，针对激光雷达机械加工及装配过程中引入的几何结构误差，提出了基于激光雷达坐标测量误差的系统误差模型及误差修正方法。建立了激光雷达坐标系组，分析了空间坐标测量误差的来源。通过坐标系间的变换矩阵，实现了测量坐标的几何误差传递。然后，归并各坐标系的几何误差，建立了显式的激光雷达几何空间坐标误差表达式。并以此为基础，建立最小二乘优化目标，解算各项误差因子和修正后坐标。求得的误差因子可以用作后续坐标测量结果的修正。最后，基于该方法设计了一套以激光跟踪仪为高精度测量仪器、以靶球球心位置为标准点的标定场，使用激光跟踪仪与激光雷达测量相同位置的靶球完成系统误差修正。实验结果表明，经修正激光雷达空间距离测量的平均误差由0.044 8%下降到0.003 8%，误差极大值由4.17 mm下降到0.30 mm，验证了激光雷达几何结构误差标定和误差修正方法的有效性。
激光雷达 几何结构误差 最小二乘法 误差修正 lidar geometric error least square method error correction
大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024
机电阻抗(EMI）法是目前结构健康监测(SHM）技术中较热门的研究领域之一。实际应用中，EMI法测得的阻抗信号受温度干扰，因而对损伤产生误判。首先从理论上分析了温度导致阻抗发生变化的原因，然后以EMI法中典型的压电陶瓷(PZT-5H）型陶瓷传感器为研究对象，测试分析了温度对PZT电阻抗特征的影响规律。研究发现，阻抗峰值的频移与温度呈线性关系，且温度对峰值频移的影响与频率相关。进一步结合频率偏移及幅值的变化规律，建立了机电阻抗(EMI）法结构健康监测的温度效应修正模型。研究结果为消减环境温度对PZT阻抗特征的影响奠定了基础。
温度影响 压电陶瓷 电学性能 信号分析 误差修正 temperature effect piezoelectric ceramics electrical performance signal analysis error correction
1 陕西理工大学 机械工程学院, 陕西 汉中 723000
2 陕西省工业自动化重点实验室, 陕西 汉中 723000
针对机器视觉中螺纹参数测量无法实现正确对焦的问题, 通过理论与实验相结合的方法研究了离焦成像对螺纹牙型角参数测量的影响。证实了离焦现象对螺纹参数测量会造成不可忽略的误差。并且通过螺纹图像清晰度评价值与离焦量关系的分析, 提出了螺纹牙型角误差修正的方法。首先对图像清晰度评价值与离焦量进行标定, 然后求取待测图像的清晰度评价值, 由评价值得出修正后的离焦量, 最后根据离焦量对选定区域的图像边缘长度和面积进行修正, 利用修正后的结果求取螺纹牙型角。实验结果表明, 对于M20×1.5-6H的螺纹塞规而言, 当离焦量小于0.5mm时, 经修正后的牙型角相对误差小于0.0425%。
离焦成像 清晰度评价 牙型角 误差修正 defocus imaging definition evaluation thread angle error correction
基于中国地区11个IGS观测站的对流层天顶延迟和气象环境等实测数据，分析了国内外常用的三种对流层折射率剖面模型的预测精度，重点研究了三种模型在高海拔地区的适用性和随季节变化的适用性。结果表明：在高海拔地区，指数模型和分段模型精度较高，Hopfield模型在除高海拔外的地区，表现出更大的优势；总体来看，分段模型和Hopfield模型的精度在春、冬季较高，夏、秋季较差，指数模型精度与季节关系不大。该结论对于对流层折射误差修正模型的应用研究具有重要参考价值。
大气光学 折射率剖面模型 天顶延迟 射线描迹法 折射误差修正 高海拔地区 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0701001
内蒙古科技大学信息工程学院, 内蒙古 包头 014010
近年来,室内定位算法吸引了大量的关注和研究。为了改善现有定位算法的复杂度以及精确度等问题,提出了一种先利用Elman神经网络进行室内位置预测,使用加权K近邻算法(WKNN)对预测结果进行修正的可见光室内定位算法。该算法应用在由单LED灯作为发射器,4个水平光电探测器(PD)构成接收器的室内定位系统中。4个水平光电探测器分别位于接收器的4个角,待测位置位于接收器的中心。通过两个Elman神经网络分别预测待测点的横坐标和纵坐标来确定待测点的初步位置,找出定位误差大于神经网络预测平均误差的待测点,用加权K近邻算法进行修正来确定待测点的精确位置,将修正后的精确位置更新到整体待测点的位置中。仿真结果表明,在3.6 m×3.6 m×3 m的室内环境下,本研究算法的平均定位误差为7.13 cm,平均定位时间为0.24 s。
光通信 Elman神经网络 加权K近邻 室内定位 误差修正
1 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京 100081
2 北京交通大学理学院，北京 100044
在线结构光钢轨轮廓全断面测量系统中，钢轨两侧激光不共面引起轮廓测量误差。针对该问题，提出了基于投影变换的激光不共面误差修正模型。沿钢轨纵向建立参考坐标系，并将两侧半断面轮廓测量数据投影到与钢轨纵向垂直的辅助平面上，以投影轮廓作为轮廓测量结果，从而修正由激光不共面安装导致的钢轨轮廓测量误差。对比实验表明，该方法可将激光不共面误差修正到0.1 mm以下。所提方法不需要钢轨两侧激光精确共面，只需大致对齐即可，既保证了轮廓测量精度，又显著降低了现场安装要求。
测量 钢轨轮廓 激光平面 钢轨纵向 误差修正
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210161
