1 山东科技大学测绘与空间信息学院，山东 青岛 266590
2 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079
3 自然资源部第一海洋研究所，山东 青岛 266061
4 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201210
5 上海微小卫星工程中心，上海 201210
提出一种顾及姿态误差时空变化的全谱段光谱成像仪（VIMS）定位精度提升方法。通过分析高分五号02星（GF-5B卫星）181 d的星敏感器低频误差规律，以分段傅里叶级数模型为基础，利用时序化、多空间补偿策略，统一了非基准与基准定姿模式之间的低频误差特性，补偿低频误差对影像几何定位的影响。研究结果表明，所提方法将VIMS可见光近红外影像无地面控制几何定位精度从4.274 pixel优化至1.867 pixel，且对不同时相、不同区域的光学影像均有良好的精度提升效果。
遥感 姿态低频误差 几何定位精度 高分五号02星 全谱段光谱成像仪 光学学报
2024, 44(12): 1228004
1 重庆交通大学 交通运输学院， 重庆400074
2 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室， 上海01804
针对自动驾驶三维建图中存在的建图不准确以及位姿飘移的问题，利用激光雷达里程计消除惯性测量单元（Inertial Measurement Unit， nIMU）累计误差并通过IMU预积分去除激光雷达点云畸变，形成激光雷达与IMU的紧耦合建图系统；通过增加回环检测因子、激光雷达里程计因子以及IMU预积分因子进行后端图优化，旨在提升定位建图的全局一致性，减小位姿估计误差，降低累计漂移误差。最后，在学校园区实地场景以及利用开源数据集KITTI进行实验验证，实验表明，在选取的学校园区实地场景下，改进算法APE误差均值相较于原算法降低了11.04%，APE均方根误差较于原算法降低了17.35%；改进算法在KITTI数据集场景下平均APE误差下降了10.04%，均方误差方面相较于原算法平均下降了12.04%。研究结果表明，改进的建图方法能够有效提高建图的位姿估计精度与地图构建精度。
激光雷达 自动驾驶 同步定位与建图 传感器融合 lidar automatic driving synchronous positioning and mapping sensor fusion
1 重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室，重庆 400065
2 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
针对室内可见光定位接收信号强度易出现波动从而产生较大定位误差，以及从一个定位单元迁移到其他定位单元可能会降低定位精度的问题，笔者提出了一种基于注意力机制的卷积神经网络的室内三维定位方法，以减小接收信号波动产生的影响，并采用迁移学习将在第一个定位单元中训练的网络迁移到其他定位单元中，在保证定位精度不变的前提下减少了训练网络的成本。仿真结果表明：所提算法在5 m×5 m×3 m的定位单元内可以实现平均误差为3.54 cm的三维定位；采用迁移学习将已训练网络部署到第二个定位单元中，可以实现平均误差为3.67 cm的定位。实验结果表明：在1.2 m×0.75 m×1.2 m的定位单元实验中，所提算法可以实现平均误差为3.32 cm的三维定位，90%的误差分布在4.12 cm内；采用迁移学习将已训练网络部署到第二个定位单元中，可以实现平均误差为3.35 cm的定位。与现有算法相比，所提算法迁移前后的定位精度均有所改善。
光通信 可见光定位 注意力机制 卷积神经网络 迁移学习
1 清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055
2 西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710072
3 西北工业大学深圳研究院，广东 深圳 518063
在数字全息粒子场成像中，粒子衍射的孔径角很小，重构时具有很长的焦深，造成轴向定位精度远低于横向定位精度。增大照明波长，相当于增大粒子孔径角，因此可得到更高的轴向定位精度。采用红外相干光源照明粒子场，在不提升算法和系统复杂度的前提下提升数字全息粒子场重构的轴向定位精度。从理论上分析数字全息粒子场重构中焦深与轴向定位精度的关系，并分别仿真分析绿光、红光及红外光照明时的粒子场全息重构，分别开展了基于这3种光源的聚苯乙烯微球粒子场全息成像实验。仿真和实验结果研究表明，相比红光，红外光源使焦深减小了约19%，而相比绿光，焦深减小了约39%。增加波长可以减弱离焦像的层间干扰，从而提高了轴向定位精度。
数字全息 粒子场 红外光 轴向定位精度 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211022
哈尔滨工业大学（深圳）机电工程与自动化学院，广东 深圳 518057
精密定位测量旨在针对微动目标实现微纳米精度的定位与小尺度操纵，其作为一种重要的测量技术，在工业生产、半导体制造等高端装备领域得到广泛应用。与其他测量方法不同，光学显微视觉测量技术因具备交互性强、扩展性强的特征而广泛应用于精密测量中。对基于光学显微视觉的精密定位测量技术进行分析与综述。首先，介绍光学显微视觉系统的成像模型与工作原理。其次，根据是否基于标靶图案的特征，对显微定位测量算法进行分类；同时，根据标靶图案的周期特征进行进一步的分类与探究，讨论其在不同标靶图案下的性能指标。最后，总结光学显微视觉定位测量方法在不同领域的应用与前景。该综述旨在为研究人员提供关于光学显微视觉精密定位测量技术的发展状态与趋势，促进微纳尺度定位测量技术的发展。
光学系统 精密定位测量 显微视觉 微纳尺度 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211021
1 宁波大学 机械工程与力学学院 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室， 浙江宁波352
2 浙江大学 机械工程学院 浙江省先进制造技术重点实验室，浙江杭州31007
针对微操作与微装配任务对多维大范围精密定位运动的需求，采用粘滑驱动原理并结合压电柔顺机构设计二自由度、大行程、无耦合并联定位平台。利用桥式机构对内置压电驱动器进行位移放大，并与复合解耦结构配合构成二维柔顺驱动机构。交叉滚柱导轨则连接移动台与驱动机构，并通过预紧螺钉调整接触摩擦力，进而获得良好的粘滑运动特性。采用有限元法建立定位平台的静力学模型，并对位移放大倍数、应力和固有频率进行仿真分析。最后，搭建实验测试系统验证定位平台的输出性能。实验结果表明：在扫描驱动模式下，驱动电压为150 V时，平台x和y向的输出位移分别为63.84 μm和62.61 μm，耦合比为0.52%和0.59%，分辨率为6.5 nm和7.2 nm；在步进驱动模式下，驱动电压为120 V时，平台在x和y向的单步位移分别为47.31 μm和47.20 μm，耦合比为0.69%和0.73%，x正向、x反向、y正向和y反向的运动分辨率分别为0.49，0.47，0.47和0.42 μm，最大垂直负载为50 N，设计的压电粘滑定位平台满足所需性能要求。
压电驱动 桥式机构 粘滑运动 定位平台 piezoelectric actuation bridge mechanism stick-slip motion positioning platform 光学 精密工程
2023, 31(19): 2857
1 湖南工业大学 计算机学院，湖南 株洲 412007
2 深圳华创芯光科技有限公司，广东 深圳 518118
3 河北工业大学 电子信息学院，天津 050019
4 湖南师范大学 物电院，长沙 410081
针对室内可见光定位(VLP)实际应用的大面积面板灯排列场景中存在的定位精确度低、信号干扰严重等问题，提出了一种基于接收信号强度(RSS)算法的码分多址(CDMA)调制解调VLP系统，介绍了RSS算法和CDMA调制解调VLP系统原理，通过实验验证了系统定位精度。实验结果表明：在未考虑实时移动和延迟刷新等因素的情况下，固定点位的定位最大误差为0.3 m，算法解决了传统定位算法中边缘角落区域定位精度低的问题，提高了VLP系统的鲁棒性。
可见光定位 码分多址 接收信号强度 光定位算法 鲁棒性 visible light positioning, code division multiple
长沙理工大学电气与信息工程学院, 长沙 410000
针对无人机室内无全球定位系统(GPS)信号、定位精度较低的问题, 提出融合视觉和惯性数据来实现无人机室内定位。前端改进特征匹配算法, 针对图像发生旋转运动提出了利用主成分分析法(PCA)计算旋转角度, 改变特征点所在网格及其8邻域网格, 并根据邻域特征点与匹配特征点欧氏距离设定高斯阈值, 提出新的分数统计模型, 使正确匹配对的数量增多, 提高了特征匹配的快速性和视觉室内定位的准确性。针对图像局部相似产生误匹配问题, 提出了利用特征点之间的几何关系确定数据集, 通过Pearson相关系数分析数据的相似性, 设定阈值剔除置信度较低的特征匹配对, 优化视觉估计无人机的位姿信息、后端采用视觉惯性基于滑动窗口的紧耦合优化位姿信息。通过设计室内光线正常与室内光线较暗情况下的无人机悬停实验, 分析其飞行日志可知, 改进后网格运动统计(GMS)算法的特征匹配速度是原算法的3倍, 并在局部相似区域剔除误匹配, 特征匹配准确率能达到94%, 无人机室内定位精度达到0.02 m, 能在复杂**环境中有更好的应用。
无人机 室内定位 剔除误匹配 惯性测量单元 视觉定位 UAV indoor positioning mismatch elimination GMS GMS IMU visual positioning
利用电磁辐射信号进行雷电源探测和定位是当前雷电研究的重要探测手段, 其定位结果的准确性对正确认识闪电的放电机理非常重要。本文通过数学推导建立了多普勒效应在球坐标下的定位影响理论模型; 用 Matlab软件进行模拟, 分析了多普勒效应对阵列接收信号的影响及误差, 研究了多普勒效应对运动雷电源定位结果产生的影响。研究结果表明, 多普勒效应对于不同类型、不同距离、不同高度的闪电影响程度不同; 根据雷电发展的不同阶段, 雷电源的运动速度不同, 多普勒效应带来的误差也不同, 且其带来的误差是不可忽略的。该研究对实现更高时空分辨力的运动雷电源定位结果和雷电的精细化研究具有重要意义。
多普勒效应 定位 波束形成算法 运动源 雷电源辐射 Doppler effect positioning beamforming algorithm motion source lightning source radiation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1135
