基于EC-TDOA和ZigBee技术的室内超声波定位系统

目的研究室内定位方法机理,解决室内目标高精度定位的问题．方法设计了一种基于测距的室内定位系统,该系统采用测量射频信号和超声波信号到达时间差的方法测距并引入校正因子减小测距误差,通过极大似然估计定位方法计算目标位置,运用ZigBee制作节点模块组成网络实现对室内目标的定位．结果在测距实验中,EC-TDOA测距结果的误差小于0．02cm,满足测距精度要求．在定位实验中,最大定位误差和平均定位误差分别为4．3cm和1．64cm,而定位误差在2．5cm以内的比例达到90％．定位频率为20Hz,满足实时定位的要求．结论系统在室内环境中实现对超声波信号覆盖范围内移动节点的定位,通过测距校正有效提高定位精度．系统具有较强的容错性和自适应性．     

特殊环境下的高精度超声定位误差研究

针对在特殊球形容器环境下的内部航行器的精确定位问题,研究了基于超声波的高精度定位系统,以四元平面阵为模型设计了最小二乘定位算法,分析了导致定位误差产生的主要原因,并通过蒙特卡罗方法研究了目标距离和系统阵型分布与定位误差之间的关系,最后在消声水池进行了实验验证。实验结果表明,经声速标定后超声测距误差修正在20 mm以内时,此时x-y平面定位误差可有效控制在30 mm以内。     

一种高精度超声波测距仪测量精度的研究

在超声波测距技术中,通常受温度的影响和传播声时(TOF)的检测误差,使得超声波测距的精度不高.为了提高超声波测距仪的测量精度,针对传统超声测距仪在结构上进行了改进,安装了具有温度补偿功能的标准校正器具;同时,根据回波信号的传输特征,利用小波分析法对回波信号进行运算处理,提出了基于小波包络原理的峰值检测方法.试验结果表明:这些技术显著提高了超声测距的精度并增强了超声检测的可靠性.     

基于卡尔曼滤波的建筑物内人员定位系统研究

在建筑物内人员定位系统中,严重的多径和非视距现象造成测距误差较大,采取措施降低测距误差对定位精度的影响是建筑物内人员定位的重要问题,本文阐述了利用ZigBee技术架构无线定位系统,以三边测量法和基于测距的RSSI值算法作为定位算法,加入卡尔曼滤波进行优化,充分利用了卡尔曼滤波的预测功能在预测方程中引入新的因子,使误差减小,最终得到更精准的定位信息.     

矢量水听器双潜标系统纯方位定位精度分析

为了对基于矢量水听器的双潜标系统的定位精度进行分析,从纯方位被动定位系统原理入手,推导了此类条件下定位误差的几何稀释度的具体数学表达式.结合矢量水听器及潜标的应用条件,给出了仿真参数的选取依据.研究了系统基线长度、测向误差及站址误差对定位精度的影响.计算机仿真及数学分析表明,增大基线长度可以提高系统定位精度,较小的测向误差会引起较大的定位误差,站址误差所引起的定位误差大于站址误差本身且存在最小值,其值是站址误差的2倍.该研究为潜标系统的实际应用提供了重要的参考依据.     

AUV直线航迹下的单信标测距定位

常规的单信标测距定位基于的是非直线航迹,本文针对直线航迹下的单信标测距定位进行了研究。同时对于直线航迹,常规的直接降阶求解的算法已不适用,提出线性化迭代求解的算法对载体进行定位。另一方面,引入长基线阵列的概念,从构建虚拟阵列的角度,研究了不同误差源对虚拟阵列的影响。仿真分析了虚拟阵列基线总长度对定位影响、虚拟阵列信标个数对定位影响,以及载体相对于信标在不同位置时的定位精度分布。海试数据结果表明:所提出的线性化迭代求解的定位算法能获得较好的定位效果,单标定位结果与组合导航偏差在5 m之内。     

供水管道球形检测器超声波定位技术

针对自主研发的球形检测器在供水管道中的定位需求,设计了一种圆弧形复合超声波振子,基于压电方程,对其振动特性进行理论和仿真分析,得出主要振型和最优工作频率。研究超声波发射电路与复合超声波振子之间阻抗匹配设计,实现最优的超声波能量转换驱动效率。基于小波变换包络检测方法的超声波信号检测技术,计算得出超声波信号传输的精确时间,实现了球形检测器定位系统。经测试,100 m管道长度静态测距定位精度误差约为2%,动态定位距离达到170 m,与惯导数据计算距离之间误差不超过6%,符合球形检测器在供水管道中的实时定位需求。     

GPS测量在公路控制网建设中的应用

GPS测量利用卫星导航定位系统,测量精度高,速度快.以浙江衢州平山桥至团石公路的控制网测量为例,外业测量采用三角网布设控制网,通过GPS载波相位相对定位测量技术对控制点进行详细测量;内业通过基线解算进行基线向量平差,控制网通过无约束和约束平差,在误差调整后,采用相对动态定位技术进行控制点加密,实现快速、高精度的公路控制网测量.     

双星定位系统中星历误差的分析与研究

为了研究星历误差对双星定位系统定位精度的影响,根据双星定位系统定位的数学模型,分析各种测量误差对系统定位精度的影响,推导出了差分定位体制下系统的定位误差模型.重点研究了星历误差对其定位精度的影响,并推导出了其数学误差模型,得出系统经过差分修正后较大的星历误差可等效于一个较小的测距误差的结论,并在一定条件下给出了其仿真结果,从而揭示了星历误差影响系统定位精度的规律.研究结果为分析其他误差因素对其定位精度的影响奠定了基础.     

主站偏心的场面监视系统及性能分析

针对短基线低空目标不能很好定位的缺点,提出了一种主站偏心的8站布局定位方案.分析了在低空环境下影响定位精确度的因素,研究了主站位置分布与定位性能间的关系,提出了增加基站数目及主站偏置布局的主站偏心定位方法,利用偏置主站和多基站提供的冗余测量信息,实现了对监测区域的多重覆盖.通过分析几何精度因子分布图,得出在低空目标情况下适合机场区域内多点定位系统的基站数目和最优布站方式.仿真图形和数据表明,用主站偏心的八站对低空目标进行定位可以实现对95%以上机场区域的覆盖.     

变压器局部放电射频和超声联合检测

针对变压器局部放电超声-超声检测法在使用中存在灵敏度不高、定位误差过大等不足,提出使用射频和超声联合检测定位的方法.该方法针对超声-超声检测定位法产生误差的原因提出相应改进措施,检测中超声波信号和射频电流信号被同时使用来判断局部放电现象的发生并对放电源进行定位,既具有超声波法便于定位的优点,又具备射频检测法快速检测局部放电发生的高灵敏度,同时还可以简化定位过程,提高系统抗干扰能力和定位实时性,实现对局部放电的在线检测和定位,具有较好的实际应用价值.     

紧凑型高共模抑制微带平衡滤波器

针对微带平衡带通滤波器结构不紧凑或共模抑制性能不高等问题,提出了一种高共模抑制的紧凑型微带平衡滤波器.首先给出了平衡滤波器的差模和共模等效电路,分析了交指线耦合谐振单元在差模和共模激励下的工作机理;利用该谐振器对共模信号的失配特性和结构紧凑的特点实现了平衡滤波器的高共模抑制和小型化;最后设计并加工了一款工作于2.45GHz的微带平衡带通滤波器,测试与仿真结果吻合良好.     

基于信道容量的无源探测定位精度分析

为客观评价无源探测定位系统的定位精度,文章提出了将系统信道容量C(度量信号在信道上传输能力的测度)等效于在无源探测定位系统中衡量定位精度的测度R新概念.从信息论的角度出发,在相对探测误差意义下,将系统信道容量C与衡量目标定位精度联系起来,进而无源测向交叉定位原理模型被抽象成信道模型.采用信道容量衡量的定位精度不依赖于观测站基线的长度L或目标到基线的距离R,以及观测站的测向误差的一致性.计算与仿真结果给出了定位精度最高时观测站对目标T的最优观测角度和2个观测站的测向射线最优交会角以及观测区域内的信道容量分布,为快速配置观测站达到准确的无源探测定位提供了理论支持.     

基于UWB技术的隧道无线定位方法研究

针对目前常用的隧道下人员定位技术存在传输距离短、抗多径效应差和定位精度低等问题,设计一种基于脉冲超宽带技术(Impulse Radio-Ultra Wideband,IR-UWB)的地铁隧道人员定位系统。该系统根据隧道复杂的环境特点,采用双向双边测距方法(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging,SDS-TWR)计算人员位置信息,在此基础上提出一种基于TOA(Time of Arrival)的自校验三角形定位算法提高定位精度,实测验证有效地满足隧道人员的定位需求。     

基于开关电源的三相电磁干扰滤波器

为了抑制三相开关电源注入电网的电磁干扰(EMI),提出了三相EMI滤波器的设计方法。构建了三相共模、差模滤波器的理想等效电路,并分析了高频对理想等效电路的影响;确定了基于参数矩阵的插入损耗表达式,并在理想和高频情况下,分别推导出共模、差模滤波器的参数矩阵。根据电网侧负载阻抗和开关电源侧源阻抗的特性,分析了插入损耗与频率的关系;由于高导软磁铁氧体具有旋磁频率极限和非线性磁滞回线,分析了二者对共模电感的抑制作用和共模插入损耗的影响。根据相关标准及抑制效果要求,确定三相EMI滤波器的参数。实验结果表明:插入三相EMI滤波器后,开关电源的噪声峰值得到约21 d B的抑制。     

非合作双基地雷达测距方法与精度分析

介绍了非合作双基地雷达的基本几何关系,讨论了非合作双基地雷达中4个重要参数(基线距离、双基地距离差、发射站目标方位角、接收站目标方位角)的测量方法,利用这4个参数可构成4种测距算法。在考虑基线距离误差的情况下,推导了这4种算法的测距误差公式。仿真结果表明,各算法测距精度与双基地雷达的几何结构有关,通过优化可得空间测距精度最高区域。实际系统的测距方案应根据所能测出的参数进行选择,同时应注意各算法的适用区域。     

基于信息分组的TDOA安全定位算法

将信息分组的方法应用于定位过程中,以方差的无偏估计是否符合误差假设作为定位参照集选取依据,提出一种能抵抗轻量级攻击的AR-TDOA定位算法。将该算法与基于TDOA测距的定位算法和SeRLoc安全定位算法在定位误差、计算开销与稳定性方面进行比较。结果表明,相同攻击强度下三者定位误差大小顺序依次为TDOA〉SeRLoc〉AR-TDOA。虚假锚节点数量越大,基于TDOA测距和SeRLoc的定位误差也越大,而基于AR-TDOA算法的定位误差则能保持在较小程度内。因此在增加少量计算复杂度的情况下,AR-TDOA算法能够改善定位的稳定性。     

噪声向量模值最小的水声网络TDOA目标定位方法

由于水下环境的复杂性导致水声网络节点通常存在一定的漂移,从而引起网络节点自定位的不准确;又因为水下测距不准确导致TDOA测距中也存在一定的误差。以上两类前期噪声误差均会降低网络对目标定位时的精度。针对以上问题,本文提出一种基于噪声向量模值最小的高精度水声网络TDOA目标定位方法。该方法利用LS(least-squares)算法得到目标定位的初值,通过考虑节点自定位误差和TDOA测距误差对算法精度的影响,经过一系列转换得到目标函数,使得上述两种前期噪声误差对定位精度的影响达到最小;根据初值及目标函数,采用模拟退火智能优化算法得到目标位置。仿真结果表明:与WLS(weighted least-squares)算法、CTLS(constrained total least-squares)算法相比较,本文算法定位精度高且前期误差对算法性能影响小,鲁棒性强。     

星载无源定位系统测向定位方法及精度分析

研究了相位干涉仪测向体制下星载无源定位系统测向定位的原理和定位的解析算法,并分析测向误差对定位精度的影响,给出了一种比较直观和简便的定位误差分析方法.通过分析实例得到定位误差的主要影响因素及其分布规律.     

基于抗差自适应估计的微纳卫星相对定位算法

为了解决微纳卫星编队执行姿态机动任务时，差分定位性能降低甚至不能定位的问题，提出基于全视角天线组件的GPS接收和差分定位系统方案.针对星载高动态环境，改进基于几何无关(GF)差分组合和衰减窗口的伪距粗差探测方法.采用抗差自适应扩展卡尔曼滤波算法，将基于新息向量的观测噪声协方差矩阵开窗估计法应用于实时差分定位.建立半物理仿真平台，开展不同场景下的差分定位性能对比验证.结果表明，在全弧段侧摆与区间“侧摆-回正”机动条件下，所提出的基于全视角方案的滤波和估计算法相比于常规方案的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法在定位星数、定位精度上均有大幅提升，在短、长基线情况下分别可以达到厘米、分米级的相对定位精度.