基于MEMS/GNSS的多机协同无源定位

为了对多机协同定位算法进行研究,使用采集到的某款较高精度的MEMS惯组的噪声数据替代仿真噪声数据,模拟采用MEMS/GNSS组合导航算法的载机平台,使得定位算法的使用条件更加接近真实应用水平,并对在仅有视线角测量情况下的无源定位算法进行了精度分析和改进.以MEMS惯组真实数据为依据设置组合导航算法的参数,并在模拟载机的过程中加入真实惯组噪声,通过组合导航解算获得载机的位置坐标.建立仅有视线角量测的无源定位算法数学模型,在组合导航定位的计算结果稳定之后,利用获得的自身位置数据,基于扩展卡尔曼滤波估计目标的位置及速度信息.最后,利用联邦滤波算法,将该定位算法扩展为多机协同定位算法,进一步提高定位系统的容错性能.通过分析对比双机定位模型的几何精度误差与双机协同定位算法的表现,可知文中算法能够将定位精度从100 m量级降到10 m量级,实现了仅有视线角测量情况下的多机协同定位,定位精度高,且分析结果更符合实际情况.     

海上无人机对运动船舶的长期检测跟踪算法

针对无人机在海上对船舶进行长时跟踪时,由于船身被遮挡及船舶离开视野导致目标跟踪失败的问题,提出了基于 YOLOv5 和 ECO_HC 相结合的海上目标长时检测跟踪算法。 首先,利用感知哈希与峰值比例综合评估跟踪过程的可靠性,目标 丢失时利用 YOLOv5 检测器重新定位目标位置,并初始化跟踪器模型,消除累计错误信息。 其次针对目标在跟踪过程中存在的 旋转变化,利用傅里叶-梅林变换进行旋转参数估计,减少了目标旋转造成的跟踪器性能下降问题。 本文算法在 OTB-100 数据 集上的平均精确度和成功率为 83. 9% 和 76. 7% ;在无人机平台上进行实际海上场景船舶跟踪实验,在完全遮挡及离开视野两种 情况下精确度和成功率分别为为 80. 9% ,60. 4% 和 90. 2% ,48. 3% ,实验表明本文算法可以有效抑制常见海面干扰因素的影响。     

基于异构宏模型的MEMS系统级建模方法

针对含复杂结构的MEMS器件,提出基于异构宏模型的系统级建模方法,即将基于解析法和基于数值计算的宏建模方法结合起来提取复杂器件的参数化宏模型,在此基础上实现MEMS系统级仿真。以z轴加速度计为例,在Saber中进行其系统级的时域、频域仿真,将仿真结果与有限元分析进行了比较,其仿真时间小于3min,相对误差小于3%,表明该方法能够快速有效地实现复杂结构MEMS器件的系统级仿真。     

基于磁传感器阵列的消化道微型诊疗装置定位跟踪方法

实时定位与跟踪是消化道微型诊疗装置实际应用中必须解决的关键问题。提出了一种基于三轴磁感传感器阵列的实时定位跟踪方法,使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁感传感器阵列检测永磁体的空间磁场,通过控制电路和USB接口适配器将检测出的信号传入计算机,最后由定位程序使用非线性最优化方法由磁场信号解出永磁体的位置和姿态信息。设计了磁定位系统,建立了三维实验平台,并开展了定位,模拟肠道轨迹跟踪和介质材料影响等实验。实验结果表明该系统能够对内置小型永磁体的电子胶囊的位置和姿态进行非接触测量,对于距离传感器阵列平面150mm的电子胶囊,平均定位精度小于7mm,平均定向精度小于6度,该系统能够对在距离传感器阵列平面80mm至250mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现轨迹跟踪,并且定位精度对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感。该系统基本能够满足消化道微型诊疗装置在体内的实时定位与连续跟踪的要求。     

应用磁传感器阵列定位跟踪消化道诊疗胶囊

为实现对消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与跟踪,建立了一种基于三轴磁传感器阵列的磁目标实时定位跟踪系统.该系统使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁传感器阵列检测固定在电子胶囊中的永磁体产生的磁场,通过控制电路和USB接口适配器,将检测出的磁场信号传入计算机,使用非线性最优化方法由磁场信号解出电子胶囊的位置和姿态信息,最后由定位软件实时显示定位结果并保存数据.实验结果表明,该系统对于距离传感器阵列平面150 mm的电子胶囊,平均定位精度＜7 mm,平均定向精度＜6°;同时,该系统能够对距离传感器阵列平面60～220 mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现实时跟踪;并且该系统对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感,基本上能够满足消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与连续跟踪的要求.     

一种用于消化道内微型装置磁定位的非线性方法

基于永磁体空间磁场检测的定位方法是用于消化道微型诊疗系统动态定位与跟踪的重要方法之一.本文介绍了一种用于磁定位的非线性方法,该方法基于磁偶极子的磁场分布模型和非线性最优化算法.实验结果表明该方法能够实现对φ8mm×h8mm圆柱N35钕铁硼永磁体空间位置、方向以及磁矩大小的确定,平均定位误差小于10mm,平均定向误差小于6°,磁矩计算误差小于10.5%,定位算法的运算时间小于600ms,说明该方法能够满足消化道内微型装置实时定位与跟踪的需要.     

微纳卫星陀螺阵列系统信息融合

为了实现微纳卫星MEMS陀螺动态在线滤波,对MEMS陀螺阵列建模,设计可应用于动态过程的最优在线数据融合算法,建立陀螺阵列测试系统,并对融合滤波的陀螺系统的性能对比分析。首先,建立多个陀螺的量测模型。接着基于信息融合模型,使用Kalman滤波算法,对预测的协方差矩阵进无求逆运算迭代;然后,基于误差估计,对动态时变信号滤波模型建模,并给出了融合滤波方法;最后,搭建6个MEMS陀螺在线滤波系统,验证该算法的有效性。实验结果表明：滤波误差可降低为单陀螺采样误差的1/15,精度提高一个数量级;运算量相比层序式滤波减少为1/4,计算时间减少为1/3。本文所提算法在提高精度的基础上,显著提高了MEMS陀螺系统的性能指标,拓展了MEMS陀螺在微纳卫星的应用范围。     

高背景磁场下的差分磁定位算法及应用

为了有效去除高背景磁场对永磁体定位的磁干扰,本文提出了一种高背景磁场下的差分磁定位算法.在背景磁场大小和方向均相等的两位置点处布置一组磁传感器,每组传感器均采用差分放大电路,共八组通路.在高背景磁场下,运用差分磁定位算法反演永磁体的位置和姿态.并将该算法应用于外磁场导向的仿生微型机器人,设计了定位硬件系统.通过实验验证了此差分磁定位算法可以较好地反演该仿生微型机器人位置和姿态.     

基于序列图像特征配准的摄像机旋转补偿算法

提出了一种基于序列图像特征点配准和基于最小二乘估计的摄像机绕轴旋转运动精确估计算法.该算法利用序列图像帧间的强相关性,通过分析相邻两帧图像的运动,由Harris算子进行特征点检测.基于这些特征点用模板匹配方法对帧间图像进行配准,然后根据多个特征点的运动矢量用最小二乘估计获得摄像机的运动参数,并用获得的运动参数实现对摄像机绕轴旋转运动的精确补偿.实验结果表明,该方法在帧间旋转角度＜10°时,摄像机绕轴旋转运动角度估计误差＜5%,但是当旋转角度＞14°时,相对估计误差＞20%.从系统实际应用(帧间旋转＜5°)来看,该方法克服了成像测量中摄像机旋转对图像处理和测量精度的影响,弥补了因像机旋转引起的测量误差大的缺陷,提高了测量精度,可满足使用要求.     

基于微转换器的MEMS传感器研究平台

提出一种基于微转换器(Micro-Converter)的MEMS传感器组合研究平台.该平台以美国模拟器件公司(ADI)生产的新一代高性能微处理器--微转换器ADμC832为核心器件,将外围的多路MEMS传感器信号进行高质量的模、数转换,传感器由正交安装的3轴MEMS加速度计、3轴MEMS磁强计组成.该平台可以通过USB接口将数据传输到计算机,研究人员可以在PC端对数据进行研究,也可以对微转换器进行编程,对采集的原始信号进行实时处理,进而对各种需要验证的算法进行试验研究.