1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 上海中科神光光电产业有限公司，上海 201815
4 上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站，上海 201602
分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级，光纤传感通道无法对波场进行密集采样，难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响，提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型，分析了光纤阵列相位误差来源，根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正；然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明，所提方法能够有效实现对目标源的二维定位，定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆，提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。
光纤光学 分布式声波传感 阵列信号处理 目标定位
1 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
2 福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350007
3 福建省光电传感应用工程技术研究中心，福建 福州 350007
4 广州工业智能研究院，广东 广州 511458
环境感知是无人驾驶的关键技术，针对相机缺乏深度信息无法定位检测目标以及目标跟踪精度较差的问题，提出一种基于相机与激光雷达融合的目标定位与跟踪算法。该算法通过图像检测框内的激光雷达点云簇在像素平面的面积比例大小获得检测目标的定位信息，然后根据检测目标的轮廓点云在像素坐标系下的横向移动速度和纵向移动速度融合图像检测框中心坐标提高目标跟踪精度。实验结果表明：所提目标定位算法正确率为88.5417%，且平均每帧处理时间仅为0.03 s，满足实时性要求；图像检测框中心横坐标的平均误差为4.49 pixel，纵坐标的平均误差为1.80 pixel，平均区域重叠率为87.42%。
传感器融合 机器视觉 3D激光雷达 目标定位 目标跟踪 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0828004
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 空军装备部驻长春地区军事代表室, 吉林 长春 130033
在大倾角航空相机对地面目标定位过程中，借助数字高程模型（DEM）可有效解决地球椭球模型定位存在的大地高误差影响。为获取地面坐标的准确信息特别是高程信息，首先，根据载机的位置姿态信息以及航空相机的框架角等信息利用齐次坐标变换求解出成像系统视轴在地理坐标系下的指向，再利用数字高程模型确定目标点的坐标。针对成像过程中目标点高程计算繁琐、容易不迭代等问题，提出了一种对目标高程值进行快速迭代的方法。通过对目标区域高程进行折半查找处理，计算该处视轴光线高程与地面高程差值。继续计算该高程差中值并继续迭代，直到小于一定阈值。最后使用蒙特卡洛分析法对整个成像过程存在的误差项进行分析。实验结果表明：采用快速迭代法进行计算，当收敛阈值为十分之一DEM网格精度时，迭代效率提升45.5%，收敛速度大大提高；且通过数字高程模型计算，在飞行高度为15409 m，相机框架角大于74°时，对于山地区域目标的圆概率误差小于200 m，可以满足实际工程需要。
航空相机 对地目标定位 数字高程模型 快速迭代法 误差分析 aerial camera ground target localization digital elevation model fast iteration method the error analysis
1 国防科技大学空天科学学院，湖南 长沙 410073
2 图像测量与视觉导航湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
高精度的目标实时定位对于无人机侦察和指引目标至关重要。但在大倾角、小交会角等受限观测条件下，机载光电平台对地定位精度难以满足任务需求。为提高受限观测条件下机载光电平台对地定位的精度，提出了一种基于观测平台位置和对目标激光测距的对地定位全局最优化方法。首先，根据地面固定目标的连续观测数据建立加权误差方程，再将非线性问题转换为特征向量求解问题，无需迭代优化即可求出全局最优解。然后，通过蒙特卡罗仿真分析定位方法受误差源的影响，并通过多次飞行实验验证了该定位方法的有效性。实验结果表明，在受限观测条件下，所提方法对地定位误差低于30 m，运算耗时不超过10 ms。本文方法具有定位精度高、计算效率高等优点，以及较高的工程应用价值。
目标定位 受限观测 全局最优解 激光测距 机载光电平台 光学学报
2023, 43(12): 1212003
1 江南大学人工智能与计算机学院，江苏 无锡 214122
2 海军研究院，北京 100161
针对复杂战场环境要求天波雷达快速精准定位的问题，提出一种基于多策略改进麻雀搜索算法的定位模型。首先，使用立方混沌映射、步长因子动态调整、反向学习和混合变异算子对麻雀搜索算法进行改进，形成改进的麻雀搜索算法；然后，采用改进后的麻雀搜索算法寻找混合核极限学习机（HKELM）最优的核函数参数和混合核的权重系数；最后，使用寻优后的HKELM对天波雷达探测到的目标进行定位。结果表明，改进后的麻雀搜索算法在精度上和稳定性上优于用基本麻雀搜索算法改进的HKELM模型和极限学习机（ELM）定位模型，表明了所提算法的有效性。
光计算 天波雷达 目标定位 麻雀搜索算法 混合核极限学习机 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1020001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国第一汽车集团有限公司研发总院，吉林 长春 130013
为了提升无人机机载光电吊舱在特殊工况条件下的自主侦察能力，本文结合实际工程项目研发了适用于机载光电吊舱的目标定位技术，并在嵌入式GPU（Graphics Processing Unit，型号为Jetson-TX2i）上实现了功能验证。首先，提出一种改进的SURF（Speeded Up Robust Features）算法与GPU加速数字图像处理方案，对不同焦距下获取的两幅图像进行实时特征检测与匹配。接着，利用几何交比不变性校正图像边缘畸变特征点的位置信息。最后，使用最小二乘法估计目标深度信息并结合四元数空间模型确定目标姿态信息，从而实现目标定位。实验结果表明，改进的SURF算法在特征匹配方面，精度和速度都优于经典的SURF算法。若角点特征位置误差控制在一个像素以内，深度误差不超过2%，方位角、俯仰角和滚转角的角度误差分别小于4°，5°和2°，这一误差满足机载光电吊舱的目标定位准确性需求。此外，处理一组（两帧）分辨率为1080P的图像，利用GPU加速可以将处理时间提升至74 ms，这一速度满足机载光电吊舱数据处理的实时性需求。
特征提取 特征匹配 目标定位技术 姿态 feature extraction feature matching targeting technology attitude
1 中北大学,a.电子测试技术国防科技重点实验室
2 b.仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030000
针对目前广泛使用的基于磁梯度张量不变量的磁性目标定位方法未考虑椭圆系数的变化而导致定位精度降低这一问题, 提出一种新的单位距离矢量求解方法和距离矢量模求解方法。通过分析磁性目标与测量系统之间的位置关系, 构建新的单位距离矢量, 并通过麦克劳林公式和磁梯度张量不变量分别构建新的存在一阶误差与二阶误差的距离矢量模, 避免未考虑椭圆系数变化而导致定位精度降低。仿真试验验证了所提方法较以前方法定位精度有明显提升, 存在一阶误差与二阶误差的距离矢量模对定位精度的影响基本相同。该方法对进行探潜和未爆炸物的检测等方面具有较高的研究和应用价值。
磁性目标 目标定位 椭圆误差 麦克劳林公式 张量不变量 定位 magnetic target target localization ellipse error Maclaurin formula tensor invariant positioning
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，北京 100083
提出了一种用于单光子雪崩二极管图像传感器的超高速目标定位处理器。它由一个处理阵列，一个Y特征向量生成器和一个位置计算器组成，能够进行噪声减除和目标定位处理。设计了一种省略了乘法和减法运算的高斯滤波和背景减除法，降低了计算复杂度和硬件资源消耗，并显著地提高了处理速度。整个处理器在FPGA开发板上实现，实验结果表明，该处理器能够以100 000 帧/s的速度实时处理128×128分辨率的脉冲图像，并定位其中的运动物体。本文提出的处理器架构同样可用于其他脉冲图像传感器。
目标定位 现场可编程 单光子雪崩二极管 背景减除 高斯滤波 Object location FPGA SPAD Background subtraction Gaussian filter 光子学报
2022, 51(11): 1104001
光学 精密工程
2022, 30(20): 2523
1 海军潜艇学院遥感所, 山东 青岛 266000
2 海军航空大学, 山东 烟台 264000
针对基于磁梯度张量的磁性目标单点定位方法受地磁场的估计误差影响较大的问题, 提出了一种基于正六面体测量阵列的磁性目标定位方法, 该方法利用正六面体测量阵列上、下两个平面的磁梯度张量测量信息, 建立关于目标位置的方程组, 利用地磁场梯度较小的特性, 通过对磁场矢量项做差来消除地磁场的干扰, 然后利用磁场矢量的差值和磁梯度张量信息求解得到目标的位置坐标。仿真实验结果表明, 该方法可以克服现有方法中受地磁场的估计误差影响较大的问题, 提高目标的定位精度。
磁性目标定位 磁梯度张量 地磁场 正六面体测量阵列 磁性目标 定位 magnetic target location magnetic gradient tensor geomagnetic field cube array magnetic target localization
