基于消息复用的TOF井下精确定位技术

针对目前超宽带TOF井下精确定位技术中对称双边双向测距(SDS-TWR)方法测距效率低、扩展性差,多次回应非对称双边双向测距(ADS-TWR-MA)方法测距效率及定位系统容量仍有提升空间的问题,提出了多标签多锚节点同时测距(ADS-TWR-MTMA)方法。该方法在多次回应非对称双边双向测距(ADS-TWR-MA)方法的基础上,进一步复用非对称双边双向测距过程中的测距消息,可以让多标签与多锚节点同时进行TOF测距,在保证测距精度的前提下大大提高了测距效率和定位系统容量。在机车接近探测系统和精确定位系统中的应用验证了ADS-TWR-MTMA方法在测距消息条数、测距耗时及系统容量上均优于SDS-TWR方法和ADS-TWR-MA方法。     

室内定位中DS-TWR测距算法的优化

针对现阶段UWB室内定位的测距过程中易出现通信冲突且标签功耗高的问题,提出一种改进的DS-TWR算法.该方法通过一种基于Hash算法的时隙分配方法计算标签和基站的时隙,使每个标签和基站都有唯一时隙,以减少通信过程中标签冲突现象;同时不同于传统TOA测距流程,该方法设置一个主基站,标签只需与主基站进行通信,而从基站只需要进行监听;通过DS-TWR算法来实现标签与主从基站之间的测距过程,最终完成室内定位.实验结果表明,该改进方案可以有效地减少定位通信次数,假设定位基站有N个,改进算法的通信次数约为传统DS-TWR算法的4/3N,且基站越多,减少次数越多,有很强的工程应用价值.通过减少通信次数可以优化标签功耗过高的问题,使标签功耗节省33.3％;针对传统测距算法中通信冲突的问题,在加入Hash算法后,测距过程中基站标签的通信冲突率降低13％,从而使得系统中标签容纳量增加.     

导航卫星上行注入与测距性能测试系统设计

导航卫星的上行注入与测距性能是卫星导航系统服务精度一个重要保证,设计了一种导航卫星的上行注入与测距性能测试系统;该系统以控制处理计算机为核心,并结合了专用设计的基准频率发生器模块、基准时间发生器模块、注入信号发生器模块和通用商业化仪器,能实时动态地模拟导航卫星在轨期间接收地面注入信号的情形,完成导航卫星上行注入性能测试中电文信息的生成和比对以及上行测距性能测试;该测试系统稳定、灵活,测量精度高,而且可以通过修改测试软件参数来满足新的测试要求,便于测试系统的升级改造。     

超声波测距回波信号处理方法的研究

在分析超声波测距系统回波信号处理存在问题的基础上,提出了两种提高测量精度的回波信号处理方法.采用了时间增益补偿技术和峰值时间检测技术,可正确检测超声波回波的到达时间.经反复试验,在50 cm～5 m的测量范围内,测距精度可达到0.5%,且测量重复性较好.两种方法的采用,提高了超声波测距系统的测量精度.     

无线定位系统中的异步测距算法研究

分析了无线定位系统中传统异步测距算法节点时钟漂移对定位精度的影响,为了减小测距误差,提出了一种改进的伪对称双边双向测距算法(PSDS-TWR).该算法采用多请求单确认的测距方法.仿真和分析结果表明,该方法减小了时钟漂移所带来的测距误差,提高了定位精度.     

一种高精度超声波测距系统的设计

设计了一种收发一体式超声波测距系统,在硬件设计上选用高速单片机W77E58做微处理器,提高测量时间的分辨率.超声波接收电路中的自动增益控制(AGC)电路有效地解决了远距离测量时回波信号过于微弱而导致系统测量误差加大的问题.在软件设计上考虑系统的硬件响应时间和超声波探头的压电材料与探头表面的距离,对测量结果进行修正.实验结果表明:测距精度高、重复性好,可靠性高.     

一种改进的高精度超声测距方法研究

为提高超声测距系统的近距离测距精度,提出了一种改进的超声测距方法.该方法通过将回波信号放大调理为单片机能够识别的计数脉冲,并通过计数一定值的脉冲数确定回波前沿以计算超声波自发出至系统接收到回波的时间间隔.详细介绍了系统工作原理并分析了该方法的理论误差,介绍了超声测距系统的的实现方案、组成结构及软件设计.选用表面光滑的静电板为被测物体进行了测距实验,在200mm～1200mm测距范围内,最大测量误差不超过8mm,实验结果表明该方法有效提高了测距精度.     

音码混合测距在深空探测中的应用研究

深空探测具有目标距离远、信号往返时延大和信号微弱等特点, 纯侧音测距和伪码测距无法满足深空测距的需求；提出了一种适用于深空探测的音码混合测距方法,详细分析了测距信号发送、接收时序,对由于超远距离、超大时延引起的测距信号返回时间预报偏差较大,采取有效的保护措施,减小测距信号返回时间预报偏差,避免距离匹配出错；阐述了距离捕获、解模糊和跟踪的过程,充分考虑了音码相位进周问题,提出了改进措施,提高了距离测量值的准确性；分析估算了测距精度和距离捕获时间,分析结果表明文章提出的音码混合测距方案具有较高的测距精度,较短的距离捕获时间；最后在由DSP和FPGA构建的全数字化控制平台上进行了实验研究,与纯侧音测距相比,音码混合测距精度更高,测距值更稳定。     

基于高级在轨系统的无线电测距方法研究

提出了一种基于高级在轨系统中插入业务的无线电测距方法；通过星、地间双向单程的无线电测量，利用两次收、发信号的时间时延，不但提高了相对运动状态下测距的精度，而且修正了星、地间存在的钟差；文中详细介绍了此种测距方法的实现原理，结合目前卫星测控技术的发展趋势论述了实现的过程，并且分析了影响测距性能的各种因素；此种方法原理简单，便于实现，测距精度高,具备较好的通用性。     

SSAL算法优化的超声波测距系统

传统的超声波测距系统只是对系统进行简单的滤波,即简单地进行多次测量后取平均值,这样难免会出现传感器误测的情况,导致最终的测量误差很大,引发误判.针对以上问题,本文对传统的超声波测量方法进行了改进,设计了基于SSAL算法的超声波测距系统.实验结果表明,经SSAL算法对返回的信号进行处理,大大减少误判情况的发生,从而得到精确的返回数值,提高了测量精度.     

共位卫星相对距离测量技术研究

为完成共位卫星的自主导航任务,需要获得多目标之间实时、高精度的相对距离,并进行数据交互。介绍了伪码测距的原理,提出以双向微波链路为基础,运用扩频技术进行同步轨道共位卫星精密相对距离测量。分析了伪码跟踪环路、钟差变化及其它因素对相对测距的影响,并给出了模拟实验研究结果,得出相对测距误差可小于30cm的结论。     

非对称成对载波多址信号的相位误差分析及幅度改进算法

针对由主站和小站信号同频混合而成的非对称成对载波多址（PCMA）信号解调问题，构建了一种实现此类信号解调的框架。参数估计是非对称PCMA通信系统在实现两路信号分离解调时不可或缺的环节，对于幅度参数估计精度问题，提出一种基于四次方法的搜索式幅度估计算法。首先建立非对称PCMA系统解调模型并作出基本假设，然后对不同假设下的相位误差进行对比并分析相位误差对幅度估计算法的影响，最后提出一种新的幅度估计算法。实验结果表明在相同信噪比（SNR）下，正态相位误差下的小站信号解调性能要劣于其均值条件下的解调性能。当误比特率（BER）在数量级为10^-4时，改进算法下小站信号的解调性能提升了1 dB，说明改进算法优于四次方法。     

基于蓝牙技术融合混合滤波与神经网络的室内测距方法

为了解决用户在基于蓝牙技术的室内测距定位中,接收信号强度指示（RSSI）数据存在采样值波动和不稳定问题,提出了一种改进的融合混合滤波与多隐藏层神经网络的室内测距方法,通过结合各类单一滤波算法的优点,使用加权的混合滤波算法有效平滑了数据,并引入机器学习算法中的多隐藏层神经网络来构建RSSI和锚节点到信号接收器距离的非线性映射关系。此外,还搭建了基于CC2640R2F的锚节点和以手机作为蓝牙接收器的验证平台,对提出的测距方法进行验证。理论分析与实验结果表明,所提出的室内测距方法的测距结果平均误差约为0.13 m,可以有效降低测距误差,具有易于布设、功耗低、成本低等特点,在提高室内定位的稳定性和精准度等方面具有较高的应用价值。     

基于UWB的室内停车场高精度定位系统设计

将基于TOA测距的 UWB高精度定位技术运用于室内停车场车辆定位系统.选用 DW1000射频收发器设计定位节点硬件,采用时分复用机制实现多标签共享信道.分析测距误差来源,认为信号飞行时间的测量值相对于真实值的误差应该由节点的时钟漂移、本地响应延迟和飞行时间真实值表示,因此,从该角度详细推导并仿真对比4种测距算法受时钟漂移影响的程度,最终选定改进的SDS-TWR算法进行测距.实验发现天线延迟会给测距结果带来相对固定的偏差,针对这一测距误差,提出通过修正天线延迟参数予以校正.基于均方误差最小化方法,采用约束线性最小二乘定位算法估计标签位置.实验结果表明,测距精度小于4 cm,定位精度不超过20 cm,能够满足室内停车场车辆定位系统的厘米级精度要求.     

一种基于卡尔曼滤波的超宽带室内定位算法

为了减小室内环境中障碍物对超宽带(UWB)传感器测距结果的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波(KF)的超宽带室内定位算法.利用超宽带接收信号的信噪比区分视距和非视距环境,给出了超宽带传感器测距性能最小二乘标定模型,减小测距系统误差;判断相邻测距差分是否在阈值范围内,否则用卡尔曼滤波先验估计替代后验估计处理测距结果,由此减弱多径效应和非视距误差对测距的影响;用扩展卡尔曼滤波器(EKF)实现室内定位.实验结果表明:算法在复杂室内环境中可达到亚米级的动态实时定位精度.     

基于洪泛机制准同步的UWB定位效率优化研究

针对UWB定位中的标签容量限制和通信冲突的问题,提出了一种基于洪泛机制准同步的改进定位方法;该方法通过设置主从基站,利用洪泛机制逐级传递准同步报文实现基站和标签间的时钟准同步,满足了DS-TWR方法下TOA算法对通信中时钟误差的需求,从而提高了测距精度;同时通过多Hash运算为标签基站对分配唯一时隙,有效提高了多标签情况下的通信成功率;实验结果表明,改进后的系统多标签条件下平均通信成功率提高了16%,标签能耗降低了30%,单位时间内获取数据量提高了27.8%,在提高系统通信效率的同时降低了能耗,具有较高的工程应用价值。     

基于时间反转的二阶段Wi-Fi室内定位方法

受Wi-Fi系统有限物理带宽限制,时间反转定位算法的定位精度难以得到提升。当定位范围较大时,在线定位阶段所需的匹配运算量更大,导致定位时间增长。针对上述问题,本文提出了一种基于时间反转的二阶段Wi-Fi室内定位方法。首先对接收信号强度和信道频率响应进行离线采集,利用接收信号强度和k近邻匹配算法进行位置粗估计,大致确定待测点所在范围。随后根据粗估计结果筛选原始指纹库,构建指纹库子集。在位置精估计阶段,计算待测点信道频率响应与指纹库子集中各参考点处信道频率响应的信号组合共振能量,通过最大值搜索寻找组合共振能量最大的参考点,将其坐标值作为位置估计结果。实验结果表明,所提算法相比于传统定位算法在精度和运行速度上有明显提升,在非直射环境下仍能保证较高的定位精度。     

一种基于MIMO的时延估计算法

在城市峡谷和室内环境中,信号在传输过程中受多径衰落和非视距的影响,导致长期演进(LTE)系统的时延参数无法精确估计。针对该问题,提出一种基于多输入多输出(MIMO)的LTE时延参数估计算法。采用具有良好自相关特性的主同步信号作为参考信号,利用MIMO发射分集和最大比合并接收技术降低信号传输过程中的误码率,通过参考信号与接收信号进行互相关处理,获得时延估计。仿真结果表明,当累积分布概率为90%时,该算法的时延参数估计误差比参考算法提高了大约5个最小采样间隔。     

面向室内定位的改进行人航位推算方法

为提高室内定位精度,本文对行人航位推算的步数检测、步长估计及航向估计进行了改进研究;首先,将自相关分析法和自适应波峰检测法相结合提出了一种新检测算法;其次,基于Scarlett模型提出了融合前一步步长的改进步长估算模型;再次,基于方向传感器算法,通过设定主导航向并结合卡尔曼滤波,来减少直线行走航向估计误差;最后,通过实验验证改进方法提高了步数检测准确率和步长检测精度,减少了航向角误差,取得了较好的室内定位效果。