一种基于散焦光栅的光束质量M2因子实时测量技术

设计出相位型正交散焦光栅,实现了一种新的光束质量M2因子实时测量技术。将散焦光栅和短焦透镜密接使用,透镜提供主要的聚焦能力,散焦光栅产生9个光轴,且在每个光轴上对焦距进行微调,使之具有不同的等效焦距,这样利用单一的CCD就可以在透镜焦平面上同时测量待测光束9个不同位置处的光强分布图样。利用二阶矩的方法计算束宽,经双曲线拟合得到光束的M2因子。对He-Ne激光器的输出光束进行了测量,得到其光束质量因子M2=5.775,与传统测量方法得到的结果相比,误差为5.1%。     

利用光束质量分析仪测量M~2因子

激光光束质量是激光器的一个重要技术指标,激光光束质量因子是反映激光光束质量的重要参数。介绍了一种利用光束质量分析仪来精确测量激光光束质量因子的方法,通过透镜将激光束进行聚焦变换,在透镜后方得到腰斑远场变化,利用光束质量分析仪,沿光轴等间隔测量不同位置的束宽,然后采用双曲线拟合来确定激光光束束腰的大小和位置,从而计算出被测激光光束的质量因子。实验数据采用三点法处理,进行二项式拟合,得出了拟合双曲线的参数,通过计算得到了所测激光的质量因子。用透镜焦点处的实测束宽对拟合值进行验证,结果近似,说明测量的结果是可靠的。利用光束质量分析仪的专业性和高精度,能准确测量出计算光束质量因子所需的参数,比常用的CCD测量方法更精确和便捷,能够很好地得出实验所用激光器的质量。     

球差透镜对超高斯光束光束质量影响的研究

根据束宽的传输方程,采用双曲线拟合的方法,计算了超高斯光束通过球差透镜后的M2因子。同时还研究有球差的超高斯光束在透镜几何焦面和实际焦面上的桶中功率(PIB)。以M2因子和PIB作为光束质量评价的参数,进行了详细的数值计算来说明球差对超高斯光束光束质量的影响,并与有球差的高斯光束做了比较。得出了一些有实际应用意义的结果。     

球差透镜对高斯光束质量的影响

根据自由空间束宽的传输方程 ,采用双曲线拟合的方法 ,计算了高斯光束通过球差透镜后的M2 因子。同时还研究有球差的高斯光束在透镜几何焦面和实际焦面上的桶中功率 (PIB)。以M2 因子和PIB作为光束质量评价的参数 ,进行了详细的数值计算来说明球差对光束质量的影响。得出了一些有实际应用意义的新结果。     

基于ARMA-AKF的HRG随机误差建模分析

针对半球谐振陀螺(HRG)随机误差影响惯性测量单元测量精度的问题,提出了一种改进的基于自回归滑动平均(ARMA)模型和自适应滤波(AKF)的随机误差处理方法。该文对预处理的数据进行了自相关和偏相关特性分析,判断随机误差的适用模型,以及利用贝叶斯信息准则(BIC)准则估计ARMA模型的阶数,通过长自回归模型计算残差法获取模型参数,引入加权自适应因子在线调整一步预测误差阵和量测噪声矩阵用于改进滤波方程,并比较了5项主要误差系数值。结果表明,改进的算法能够有效抑制随机误差,为HRG的随机误差建模补偿提供了新方法。     

外测数据误差的高精度估计与分离方法

航天发射场火箭外弹道数据预处理主要完成原始测量数据随机误差和系统误差的修正,是后续进行航迹融合和目标识别的基础。为解决传统最小二乘方法难以对测量数据随机误差进行高精度估计的难题,本文提出利用小波变换的多层分解与重构技术对测量数据的随机误差进行统计和消除;并针对复杂模型下测量数据系统误差难以分离的难题,采用模型辨识和回归分析理论对系统误差进行模型分析和诊断的方法。仿真和实际应用证明新算法简单适用,可有效解决传统方法难于对测元误差进行准确修正的问题,大大提高参与融合求解的测元数据质量和弹道解算精度,在靶场外测数据预处理方面具有良好的应用前景。     

CCD的非线性响应特性对光束质量测量的影响及修正

在利用电荷耦合器件CCD对激光光束质量测量的过程中,通过对比不同的激光波长,分析了CCD的光电响应非线性特性对光束质量M2因子评价的影响。由于对未进行线性标定的CCD所测得的四种不同波长的激光器的光束束宽值相对比较大,这会对激光光束质量的测量精度带来影响,因此提出了一种新的基于面阵型光电探测器的光电响应标定方法。搭建基于CCD测量法的激光光束质量测量系统,建立高斯型激光光束的近远场传输模型,对激光束在传输方向上不同位置处的焦散廓形进行多次采样,利用统计学方法得到CCD的光电响应线性区间。仿真和实验结果表明:利用CCD光电响应特性的标定结果对图像进行非线性灰度修正,对比国际标准激光光束质量分析仪,所测得的激光光束质量M2因子更加准确且相对误差降低了2.36%。提出的方法可有效提高激光光束质量M2因子的测量精度,对于评价激光光束质量具有重要的应用价值。     

阈值法对激光远场焦斑质量测量和计算的影响

建立了非稳腔激光束通过大气湍流随机相屏传输至远场焦平面上的光斑强度分布模型,并考虑CCD像素单元对激光能量的离散化积分采样及探测噪声的影响,以峰值斯特雷尔比Rs、环围能量斯特雷尔比Ree和光束质量因子β作为评价远场光斑质量的指标,利用蒙特卡罗法研究了在不同信噪比(SNR)和光斑分布形态情况下,采取四种不同阈值去噪方法对远场光斑质量评价参数计算精度的影响。结果表明,足够的测量信噪比是保证光束质量测量精度的前提,在测量信噪比和光斑分布形态给定的情况下,采取阈值为CCD背景噪声均值,同时保留随机噪声起伏的去噪方法是较为合理的选择。     

一种基于高斯拟合法的激光光束中心提取方法

在激光辅助的视觉测量系统中,高斯拟合法的拟合数据选取影响激光光束中心提取精度。针对不均匀光照下激光图像难以确定高斯拟合数据数量的问题,文中提出一种基于随机抽样一致性算法的自适应高斯拟合方法。根据激光图像背景区域灰度分布的变化特性,采用随机抽样一致性算法估计背景区域灰度分布模型;将该模型的局外点作为拟合数据,从而利用高斯拟合法获得激光光束中心点的亚像素坐标。实验结果表明,该方法选取激光图像的高斯拟合数据平均拟合系数达到0.934,与固定拟合数据长度的高斯拟合法相比,提高了激光中心提取精度。     

MIMU随机误差分析与建模

分析了MEMS惯性测量组件(MIMU)的主要误差源,采用功率谱密度(PSD)法和Allan方差法对MIMU进行了随机误差分析、建模和估计研究。将随机误差中的量化噪声、闪烁噪声及随机游走噪声等误差成分分离出来,并对其统计特性进行了估计,实验数据分析表明闪烁噪声和随机游走误差在MIMU随机误差中占主要分量。     

Distance Difference Error Correction by Least Square for Stationary Signal-Strength-Difference-Based Hyperbolic Location in Cellular Communications

A proposal for hyperbolic location analysis based on the difference between pairs of received signal strength, called the stationary signal-strength difference (SSSD), has been made. Its location accuracy, in general, is limited because of two impairment factors: One factor is a high level of SSSD measurement error resulting from the shadowing, multiple-access interference, and nonline-of-sight effects; another factor is an error resulting from the estimation of the reference distance between the mobile subscriber and the serving base transceiver station (BTS), called the estimation error. Because of both factors, a larger bias error in the corresponding distance difference is expected, particularly when the SSSD levels are measured using standard handheld devices. This paper studies first the effects of bias error and then proposes an error correction method to decrease the larger bias error initially met. The method is based on the least square algorithm, which is simple, has a low computation burden, and gives noniterative and explicit solutions. Using the calibration data that are collected in a commercial cellular 900 MHz network, we analyze the estimation and SSSD measurement errors and demonstrate the performance merits of the proposed correction method. Field trial results show that our method achieves significant improvement in bias error compensation and, consequently, in location error mitigation. Specifically, for urban and rural environments with a six-BTS case, the mean error of location estimation can be reduced by an average of approximately 27% and 29%, respectively, reaching the lowest (best) values of 205 and 271 m, respectively.     

基于小波的稳健光流计算方法

针对系统误差导致光流计算稳健性较差及精度较低的问题,该文提出一种基于小波多分辨理论的稳健光流计算方法。所提算法基于小波多尺度分辨率特性,将光照条件变化及传感器噪声引起的系统误差包含进光流计算中以改善光流计算的稳健性及估计精度,并通过总体最小二乘法求解超定小波光流方程组以获得光流矢量。仿真结果表明,与传统的Lucas-Kanade算法、Horn-Schunck算法及基于小波的全向图像光流估计方法相比,所提算法可显著改善光流估计精度及稳健性。     

卡尔曼滤波在落点偏差预测中的应用

研究了摄动落点偏差预测算法,对预测算法的误差分析表明,弹道测量误差对算法预测精度有较大影响,建立了卡尔曼弹道滤波模型对弹道测量数据进行滤波处理,以消除弹道测量随机误差,提高摄动落点偏差预测算法的精度,仿真结果表明,采用卡尔曼滤波可以大幅提高落点偏差预测算法的精度.     

一种基于LS-WTLS的稳健平面拟合方法

为了解决平面数据点位精度差异性及平面模型常数项解算精度较低的问题,提出了一种基于最小二乘-加权总体最小二乘(LS-WTLS)的稳健平面拟合方法。该方法采用加权最小二乘模型与稳健估计IGGⅢ方案相结合的方式对平面模型误差项参量进行解算,然后通过设置阈值剔除粗差数据,利用最小二乘法对平面模型常数项进行解算,以此进一步提高了平面模型各参量的解算精度。结果表明, 新方法相对于最小二乘(LS)法、总体最小二乘(TLS)法、LS-TLS法、IGGⅢ-LS-TLS法,其单位权中误差分别提高了53.6%, 195.0%, 47.5%和5.1%,平面拟合精度分别提高了49.4%, 179.3%, 48.7%和46.99%,表现出了良好的抗粗差干扰能力。该研究验证了新方法在平面拟合领域的优越性和可靠性。     

Analysis of phase accuracy in CMOS quadrature LC oscillators

Using an analytical approach, new estimation of phase error in LC-Tank quadrature oscillators is proposed. The mismatches between passive components of LC tanks are considered as the reasons of the phase error. Closed form equations relating LC mismatches to phase errors are presented. Decreasing quality factor (Q) and increasing coupling factor (k) causes phase error be less sensitive to mismatches in LC tanks. On the other hand phase noise is inversely proportional to quality factor (Q), and directly proportional to coupling factor (k), so there is a tradeoff between phase noise and phase error. To evaluate the analysis, a 5 GHz quadrature LC-Tank oscillator is simulated using TSMC 0.18 μm model technology. The results confirm the simplicity and high accuracy of the proposed analysis.     

一种INS/DVL组合导航一体化偏差标校方法

INS/DVL 一体化偏差是影响组合导航系统精度的重要因素，对一体化偏差进行高精度标校是实现高精度组合的前提和基础。传统基于外速度拟合的一体化偏差估计方法对观测速度要求高，估计精度受量测噪声影响较大，同时实现过程较为复杂。提出一种基于 SVD 最小二乘的 INS/DVL 一体化偏差航迹拟合估计方法，对三轴一体化偏差角进行拟合标校。仿真结果表明， 在 GPS 定位误差为 20m 的情况下，三个安装偏差角的 50 次 Monte Carlo 仿真平均估计误差分别为 0.1001°、0.0283°、0.0213°。该方法实现简单，估计精度较高，具有很好的工程实用价值。     

观测站存在位置误差条件下基于MDS的多站时差定位算法

为了降低无源定位中观测站站址误差对定位精度产生的不良影响,论文提出了一种基于多维尺度分析的多站无源时差定位解析算法。算法建立了存在站址误差时关于目标位置的线性方程组,推导了方程误差与时差测量误差和站址误差之间的关系式,将误差的统计特性融入到新的加权矩阵之中,使用加权最小二乘方法对目标位置进行了求解。仿真实验表明,算法对于小测量误差具有无偏性,其定位精度能够达到克拉美罗下界,相对于Ho K C的解析算法具有更好的稳健性。      

基于稳健卡尔曼滤波的倾斜探测电离层MUF短期预报方法

为了改善电离层频率预报准确性低、短波通信连通率差以及工程中观测野值对预报精度影响严重等问题,提出一种基于稳健卡尔曼滤波的倾斜探测电离层MUF短期预报方法.通过研究实测MUF数据的变化规律及观测误差的成因与特征,利用电离层参考模型作为先验信息,改进卡尔曼滤波模型的状态估计方程;引入代价函数机制,通过Huber-M估计实现...     

基于相位变化率的三维定位技术

传统的无源定位方法定位时间长、定位精度较低。文中针对该问题,提出了一种基于相位差变化率的三维定位方法,该方法通过三单元天线阵获取相位差变化率,实现了辐射源定位,其定位精度高、定位速度快。同时分析了定位误差与测量误差的关系,给出了定位误差表达式。通过仿真分析了相位差测量误差以及相位差变化率测量误差对于定位精度的影响,仿真结果表明,相位差变化率误差对定位精度的影响最大,是制约精度提高的主要因素。     

面向毫米波波束跟踪的扩展卡尔曼滤波算法研究

针对移动毫米波通信场景中收发波束存在角度偏差时接收信号质量急剧下降的问题,提出一种联合 迭代优化均方误差和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)的稳健波束跟踪算法。该算法首先采用EKF算法对信道增益和波束角度进行跟踪,然后基于最小均方误差准则(Minimum Mean Square Error,MMSE)对误差进行 平滑处理,以消除EKF 线性近似引入的误差,实现对波束发射角和到达角的动态跟踪。仿真结果表明所提出的算法能够明显降低移动环境中的波束跟踪误差,并具有稳健的波束跟踪能力。