单波束前视声纳的信息提取方法研究

介绍了一种可用于小型水下机器人的前视声纳信息提取方法。利用该方法获取了声纳视域内目标的方位信息,这在小型水下机器人的自主目标跟踪和避碰方面具有很大的应用价值。该方法主要包括3个部分的内容:利用声纳数据生成声纳图像;对声纳图像进行预处理;从处理后的图像中提取目标的特征信息。针对图像中较大目标的边缘信息,提出了一种基于最小二乘法的分段曲线拟合的方法,并给出了基于实验室的水池中获得的实测数据的拟合结果,验证了该方法的有效性。     

基于光谱法的海水硝酸盐传感器开发与应用

海水中硝酸盐是无机氮的主要存在形式,也是海洋调查必测项目之一。基于紫外—可见光谱法的检测原理,开发了一种新型的海水硝酸盐检测系统,并利用本检测系统对渤海海区水样进行了实际检测。利用偏最小二乘(PLS)法建立了海水硝酸盐含量与紫外—可见光谱间的数学模型,同时对不同光谱预处理方法和不同建模波段范围下模型的预测性能进行了比较分析。实验结果表明:原始光谱数据的紫外波段建立的模型预测性最好,实测值和预测值的相关系数为0.977,均方根误差为2.04μmol/L。表明该传感器系统可以满足快速检测的需要,可广泛应用于海水水质硝酸盐的在线检测中。     

类GPS超声定位系统中几种定位算法比较

针对常规超声波局部定位系统的缺陷,介绍了类GPS超声定位系统及其工作原理.在获得定位物体与观测基站的估计距离后,详细推导了Gauss-Newton迭代定位算法.针对常规Gauss-Newton迭代定位算法不易于在DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)中实现的缺点,介绍了三种定位算法:改变目标函数的Gauss-Newton迭代定位算法、相交圆弦线方法和最小二乘估计算法.仿真研究表明,在相同的观测误差和定位基站的情况下,改进的和常规的Gauss-Newton迭代算法的定位精度相当,而相交圆弦线方法和最小二乘估计方法的定位精度较低,但后两种方法计算量小,不涉及开方和迭代运算,从而更易在DSP中实现.     

非线性偏最小二乘建模方法及在近红外光谱建模上的应用

偏最小二乘算法(PLS)是常用的线性光谱建模方法。针对汽油在线调合中具有非线性特点的辛烷值、干点等属性应用PLS方法建立模型误差较大问题,本文提出了残差-递阶偏最小二乘的建模方法,该方法对已经提取成分后的自变量中剩余的信息再提取主成分,并将该主成分作为新的自变量参与回归建模。仿真验证结果表明:残差-递阶偏最小二乘方法建立的模型中验证集的样本数据误差均在正负0.2之间。残差-递阶偏最小二乘方法与偏最小二乘、递阶偏最小二乘叫-PLS)两种方法比较,残差-递阶偏最小二乘建立的模型有的更高的精度和模型适应性。     

基于无线传感器网络的河流中稳态扩散污染源定位研究

针对河流中污染源定位问题,首先分析了河流污染源扩散模型,给出了一种处理完全吸收边界,不完全反射边界以及完全反射边界的通用河流污染源稳态扩散模型。改进了在边界约束下以测量值与理论值之差的平方和为目标的非线性最小二乘算法,并提出了一种新的最小二乘污染源定位算法。该算法弥补了直接非线性最小二乘算法在数值计算过程中稳定性较差的缺点。最后,仿真研究了浓度测量噪声,节点漂移误差和反射系数误差对定位性能的影响。仿真结果表明:已知信息的误差越大,则定位均方根误差越大;传感器节点个数越多,估计精度越高,但当节点增加到一定数量时,继续增加节点对定位精度的影响会减小。另外,仿真结果验证了非线性最小二乘算法的优越性,说明了算法在河流污染源定位应用中的有效性。     

DE-GMAW焊接系统的非线性建模及参数估计

为了更好地研究和控制可消耗的双电极熔化极气体保护电弧焊接系统(DE-GMAW),针对该系统建立了一个多输入多输出(MIMO)的非线性模型,并采用递推最小二乘法原理对模型参数进行了估计.阶跃信号下交叉验证结果表明,所得模型很好的反映了其系统特性,可以用来进行控制系统的设计与系统本身的分析理解.     

求解非线性最小二乘问题的一种改进型良态—高效算法

本文研究求解非线性最小二乘问题的一种良态—高效算法,指出了其构造中的不完善之外,並提出了相应的改进型算法。数值测试结果表明改进型算法的性能比原算法明显提高。     

基于低频电磁波的管道机器人定位技术

针对浅海海底泥面下管道维护要求及管道对普通电磁波的屏蔽特点，给出了基于磁偶极子模型的超低频电磁波磁场分布、提出了基于超低频电磁波的多传感器管道机器人示踪定位模型。根据超低频电磁波磁场对称分布的特点，给出了求解低频电磁波发射源位置参数的DLM离散非线性最小二乘迭代算法，及迭代算法的初值计算方法。实验表明，用该迭代初值进行DLM迭代，能够收敛到期望的局部最小值，能够计算超低频波发射源的位置，实现管道机器人的示踪定位问题。     

分布式 ＭＩＭＯ 声纳系统中移动目标的精确定位方法

分布式MIMO声纳系统具有空间分集与复用增益的特点,能显著提高目标检测精度。针对分布式MIMO声纳系统中的移动目标定位问题,考虑不同发射机声纳信号到达移动目标上的位置延迟,本文提出了一种分布式MIMO声纳系统中的移动目标精确定位方法。采用时间延迟与多普勒频移测量相结合的方法,设计了移动目标初始位置以及运动速度的非约束权重最小二乘(UWLS)以及约束权重最小二乘(CWLS)方法。算法的仿真结果表明,UWLS以及CWLS能有效消除位置延迟的影响,减少估计误差。相比于UWLS方法,由于利用了约束关系,CWLS方法的定位精度更高,更接近于克拉美罗下界(CRLB)值。     

基于TDOF的分布式激光定位系统设计与实现

依据无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)定位系统的理念,设计并实现了一套基于一组905 nm的窄带宽红外脉冲激光的高精度,高频率的室内定位系统.该系统利用到达分布式激光脉冲接收器的飞行时间差TDOF(Time Difference Of Flight)进行定位,激光接收模块作为信标节点采集来自同步节点和定位节点先后发出的激光脉冲,并通过串口方式发送TDOF信号到中心控制主机,中心控制主机通过TDOF信号与各信标节点的空间坐标进行定位计算,定位解算方法基于高斯牛顿迭代法(Gauss-Newton iterative algorithm)和最小二乘法(Least square method).实验结果表明,该系统的平均定位误差可优化到±6.5 mm内,并且可以通过更多有效数据,进一步提高定位精度.     

利用基于声卡的虚拟示波器测定声速

介绍了基于声卡的虚拟示波器V0.94的硬件准备、电脑声卡设置以及调整和使用方法.利用虚拟示波器测定声速,形象直观,实验结果精确,是经典物理实验现代化的有益尝试.     

一种水下未知声源定位方法的研究

随无线传感器网络技术快速发展,基于传感器网络的水下定位系统被广泛提出;然而,降低节点成本、降低节点功耗成为该技术走向实用化发展的关键所在;通过将传感器网络技术和声波传播衰减原理相融合,进一步建立新的基于传感器网络的水下未知声源定位方法数学模型,并通过实测水下声源与计算机仿真相结合,分析了该模型受反射波、环境噪声和噪声源距离变化影响程度,验证其可行性,提出系统误差修正方法。     

北太平洋水下脉冲声传播仿真

由于信号波形中携带环境参数信息,可利用波形或包络结构反演环境参数,掌握信号波形的传输规律是实现信道匹配的物理基础.将WKBZ简正波方法用于水下声道中的脉冲传播波形的计算、群速的求解.并仿真了窄带脉冲在北太平洋水下声道中的传播波形,仿真结果反映出了明显的信号传输的多途效应.分析了简正波群速对脉冲波形的影响,在收发深度均位于声道轴上时,在远距离上实现了简正波的分离;同时分析了收发深度与简正波幅度的关系及对脉冲波形的影响,得出在某一深度不是所有简正波对脉冲波形有贡献的结论.     

精密声速仪及其逻辑仿真

精密测量超声波在材料中的传播速度,对于材料科学、物理声学和超声无损检测和评价以及工业超声测量等具有非常重要的意义,而对于精密声速的测量与相应仪器的研究是直接相关的。该文介绍的主要内容就是用于精密声速测量的仪器一一精密声速仪,首先是整个测量系统的组成介绍,然后介绍了系统中测量主机的机构组成,再详细解读了仪器中数字电路部分主要部分——控制与声时测量模块——的组成和功能,最后还用MaxplusⅡ分别对控制与声时测量模块电路和计时计数模块进行了功能仿真,并给出了仿真结果。     

海流干扰下海洋观测平台动力定位

针对小型海洋观测平台,考虑其特殊的回转体形状,建立海流干扰下的运动学模型,针对螺旋桨的环形布置形式制订相应的推力分配方案．通过搭建半物理仿真平台,模拟平台在海流大小不同且方向相同、以及海流大小相同且方向不同时的动力定位过程,结果表明：平台可在海流干扰下完成动力定位且启动快速、定位准确、控制稳定性好．最后通过设计水池试验验证海洋观测平台在静水和海流干扰下的位置控制和艏向控制性能,结果显示海洋观测平台能在期望精度内完成动力定位．发现平台对转艏力矩较为敏感,因平台为回转体形状,在单独控制艏向时,只需较小的推力即可完成定位并且不会对位置控制产生明显的影响;而在进行位置控制时,因为海流和形状的影响,平台需要输出较大的推力．后者情况下,推进器一旦出现推力输出不协调,产生的附加转艏力矩将会对艏向控制产生不可忽视的影响．     

基于行驶路程的公交车定位问题求解

分析了对行车线路固定的城区公交车实时定位的需求,介绍并讨论了一种简化的航迹推算定位办法,该办法通过不确定推理,综合利用了行驶路程的非精确测算结果和不确定的到站信息.     

基于梯度差的声速剖面自适应分层算法

声速剖面表示声速与深度的函数关系,常用于水声定位,以纵轴表示海深,横轴表示声速。针对高精度水声定位系统中定位精度与计算量相互矛盾的问题,提出一种声速剖面自适应分层算法。该算法根据声速在有限范围内规律变化的特点,对声速剖面逐层搜索。通过声速层之间声速变化梯度差情况找出声速变化的节点,保留原始声速剖面特征,实现对声速剖面的简化。仿真实验结果表明,根据阈值选取的大小,算法自适应分层处理后对原声速剖面的精简可达70%。在选取合适阈值时,与D-P算法相比可以获得更小的定位误差,具有良好的工程应用价值。     

声速误差对平面波成像质量的影响

在医学超声成像系统中,大多都采用假定声速进行成像.假定声速和真实声速的误差会造成超声图像的空间相位偏移和散焦,降低图像质量.定量分析了声速误差对平面波成像质量的影响.通过Matlab里的k-wave仿真工具箱,获取仿真数据,假定不同声速,通过延迟累加波束形成技术来获得二维超声图像.通过对比度(Contrast Rati...     

高速列车的自适应速度及位置控制

探讨高速列车在外界阻力扰动下的自动驾驶控制问题,针对系统参数及外界阻力的不确定性,提出了相应的控制方法并给出了稳定性理论证明。利用列车调度优化环节生成的实时速度及位移数据对算法进行了模拟实验,理论分析和仿真结果均验证了文中方法能有效克服列车所受阻力的影响实现高精度的位置和速度跟踪控制。     

A Time-of-Arrival-Based Positioning Technique With Non-Line-of-Sight Mitigation Using Low-Frequency Sound

This paper presents a non-line-of-sight (NLOS) localization technique and its system for a quiet and known environment that uses first-arrival low-frequency acoustic signals. The proposed technique first measures the time-of-arrivals (ToAs) of the first-arrival low-frequency sounds. The technique then estimates the location of a target by minimizing the differences between the measured ToAs and the corresponding ToAs estimated from the known map. The strength of the proposed technique is that the positioning accuracy is not corrupted by any small or known obstacle. The performance of the technique was investigated by its comparison to other techniques in both simulations and an experiment. The numerical results show successful localization of a target in various situations, demonstrating the efficacy of the technique and system as a feasible solution for NLOS mitigation.