一种基于惯性传感的自适应手术导航方法

针对介入式内窥手术中手术器械实时定位的需要,提出基于惯性导航的手术定位方法,该方法既能够有效避免传统光学定位(OPT)中视线遮挡引发的定位区域受限问题,又能够克服电磁定位(EMT)对磁场干扰过于敏感的问题。从姿态估计与位置定位两个方面分析了传感器干扰的影响,并改进了已有的抗干扰技术。实验结果表明,在磁干扰情况下,姿态估计的误差在3°以内,位置测量的误差在4 mm以内,均达到临床应用要求。     

一种具有全局定位能力的移动机器人传感混合算法

基于激光雷达(LiDAR)的移动机器人定位,由 于其传感反馈维度低,难以实现精确 的场景识别。尤其是在几何特征重复的环境中,全局定位更难以实现。基于该问题,提出了 一种基于传感融合的移动机器人定位系统,该系统具有全局定位的能力。 基于LiDAR和视觉 传感器的传感融合,利用视觉传感器引入的丰富信息和LiDAR的鲁棒几何信息反馈,实现可 靠的全局定位。本系统构建用于环境表达的混合栅格地图,并且利用视觉全局描述符以加速 定位收敛,结合姿态优化算法以提高定位精度。此外,引入截断触发机制实现对跟踪定位的 监督。经实验验证,本文提出方法的表现与现有定位系统比较,具有更强的定位收敛能力。 同时,所提出的传感混合算法能够成功处理全局定位问题,提高系统鲁棒性。     

高精度电磁头盔姿态传感系统硬件的设计研究

分析电磁头盔姿态传感系统的误差因素。讨论如何选取总体结构、设计关键环节、计算重要参数，从而减小元件参数漂移对数据精度的影响，获得高精度和高稳定性。给出了一个设计实例，它在试验中取得的良好效果证明了所提方法的正确有效。     

捷联式天文惯性导航融合方法研究及仿真

针对传统的天文惯性组合定位定向法不能有效修正惯性导航系统传感器误差所造成的导航误差，研究了一种新的惯性天文融合方法。利用天文导航系统量测的姿态，根本上抑制陀螺漂移误差，进而提高系统的姿态、速度及定位精度。     

复杂环境下光传感网络节点定位算法研究

为了减少复杂环境下光传感网络节点定位误差和功耗，获得理想的光传感网络定位结果，提出了基于复杂环境下光传感网络节点定位算法。首先分析当前光传感网络定位的研究进展，找到当前方法的各种局限性，然后设计光传感网络的结构，边界盒定位算法和蜂群算法进行光传感网络节点定位，最后其他光传感网络定位方法进行了对比测试。实验结果表明，本方法的定位绝对误差低于6 m,经过30次迭代即可实现收敛稳定，定位平均绝对误差低于4 m,节点覆盖率高于80%,功耗低于2 J。证明本方法缩小了光传感网络节点定位误差，可以实现主精度光传感网络节点，减少了光传感网络定位时间，光传感网络节点定位优势十分明显。     

智能家居中的体感技术的应用和前景

智能家居技术中,实现与人交互的一类重要技术是体感技术。体感技术让人不必受限于遥控器等控制终端,以更自然的方式与智能家居进行交互。智能家居中的体感技术一般借助惯性传感、语音、视觉等几种媒介,语音技术的优势是技术成熟,但语音命令的复杂度受限于自然语言理解的限制;惯性传感和视觉的优势是直观,目前惯性传感的商用产品较多。虽然视觉传感目前主要限于手势等的控制,与惯性传感的控制方式类似,但随着技术的发展,视觉传感的发展潜力巨大,属于未来的技术发展方向。     

TOA/RSS混合信息室内可见光定位方法

为提高室内定位精度,提出一种基于混合到达时间/接收信号强度(TOA/RSS)信息的定位方法。针对室内可见光定位中存在的多径效应造成的定位非线性误差,引入前置无迹卡尔曼滤波的粒子滤波算法,将TOA信息与RSS信息相融合,达到修正非线性误差的目的。然后综合考虑接收端惯性传感参数,对接收端进行运动分析,提升估算坐标的精度。在长宽均为5 m、高度为3 m的室内进行定位仿真,在12 W发光二极管(LED)发射功率下,所提方法获得了平均定位误差为2.02 cm的定位精度。仿真结果证明,所提定位方法的定位性能总体优于指纹定位方法和三边定位的RSS定位方法,具有较强的鲁棒性和较低的定位延迟。     

基于ADIS16365的惯性传感系统设计

系统以ADIS16365为惯性传感器,LM3S8962为核心处理器,IAR为开发平台,卡尔曼滤波和辛普森积分为数据处理方法,研制基于ADIS16365的惯性传感系统。结果表明,该系统具有较高的角度稳定性和准确性。为了使该系统具有应用的灵活性,将该传感系统作为CAN节点应用在整个系统设计中。该系统已用于亚太机器人比赛中,实现了准确定位。     

用于分布式光纤传感系统的混合算法研究

在基于马赫-曾德干涉(MZI)原理的分布式光纤 扰动传感系统中,为了减小由于偏振态退化引起的定位误差, 提出了一种基于模拟退火混沌粒子群(SCPSO)算法的偏振控制算法,阐述了算法的优化过程 。理论分析和实验结果 表明,相对于优化前的智能优化方法,优化后的方法提高了收敛效率和收敛精度, 并有效提高了系统定位精度,使得系统定位误差控制在±10m以内 ,完成优化所需迭代次数小于9次。     

无线传感网络的改进嵌入式节点定位系统设计

由于传感器中定位节点成本相对较高且系统繁杂,易导致节点自我定位功能的误差甚至失效等问题。为了更好地对无线传感网络系统进行设计,以实现高精度定位的系统设计为目标,主要对无线传感网络系统的软件部分进行改进。结合嵌入式节点定位系统进行创新和优化,建立了一种嵌入式无线传感网络控制节点定位系统。从而提高定位系统运行的可靠性、准确性和灵活性,以便使系统能够更好地适用于不同的应用检测定位环境。为验证系统的有效性进行仿真实验,实验结果证明,该方法可有效提高无线传感网络技术定位的精准性和可靠性,有效弥补了传统定位系统中存在的不足,具有更高的参考和实用价值。     

复杂生物传感网络的节点优化定位模型仿真

根据复杂生物传感器网络节点的定位和数据监测的需要,构建生物传感网络的模型,设计了基于强跟踪滤波的集中式扩维量化融合算法.该算法采用预加重方法补偿节点之间的系统功率衰减,通过动态跟踪信号功率的变化,得到传感器融合中心最终的节点定位状态信息矩阵;通过强跟踪滤波,提高抗干扰能力,实现传感网络节点定位模型改进.结果表明,采用该算法进行复杂生物传感网络节点定位,能有效提高节点定位的准确性,定位误差较小,定位时间较快,稳健性和抗干扰性较好.     

基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统的研究与设计

由于受光源谱宽和光纤Bragg光栅传感波长移动范 围的限制,FBG传感系统中可复用的FBG数量 受到很大限制。为了解决这种限制问题,提出通过传感信号的时间延迟对传感FBG进行定位 的方法。 设计出基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统,用Fabry-Peror(F-P)腔和时延定位结合的 方式对传感信息进 行解调,用FPGA进行数据处理。搭建了实验系统,进行了简单的实验。实验结果表明, 本文系统增加可复用FBG数量的方法实用性强,精度高。     

Mesh自组网与惯导组合的班组协同定位算法研究

采用单一低精度惯性传感终端完成定位解算将导致定位精度发散,定位信息回传覆盖范围小,且传输易受干扰,因此,该文提出了一种Mesh自组网与惯导组合的班组协同定位方法。该方法建立的一种基于线性化卡尔曼滤波的班组协同定位算法模型,以高、低精度惯导组合的班组协同为基础,结合Mesh网络的通信传输功能,可抑制单一低精度惯性传感终端的短期累积误差,提高长航时定位精度。实验结果表明,采用班组协同定位算法,低精度惯性班组人员定位的闭环轨迹误差分别降低3.28%和3.2%,30 min累积定位平均误差分别降低5.82%和643%,有效抑制了单一低精度惯性定位成员的短期累积误差,提升了班组整体的定位精度。     

基于李萨如图的光纤分布式传感系统定位方法

提出了一种基于传感信号李萨如图的定位方法,对扰动进行定位。根据李萨如图的拟合椭圆,研究了拟合椭圆参数和时延之间的线性关系。利用实验室建立的2km的Mach-Zehnder(MZ)干涉仪型光纤分布式扰动传感系统,在2 Mb/s的采样速率下,应用李萨如图定位方法实现了100m的定位精度,多次测量的平均定位误差为50m,小于互相关法的定位误差。该方法简单,无需信号的先验知识,具有更好的稳定性。     

FBG形状传感器应变传递与传感性能研究

为提高光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的形状重建精度,减小光栅点的重建位置误差,设计了一种FBG传感元件结构。通过建立传感元件应变传递力学模型,推导出平均应变传递率表达式,并结合传感元件有限元仿真模型,分析了相关结构参数对传感元件应变传递率的影响,将有限元仿真与理论计算结果进行对比,验证了理论模型的有效性。进而分析了应变传递率对传感系统形状重建精度的影响,得出当光栅点应变传递率保持在90%以上时,光栅点的重建位置误差将保持在0.08mm内。该研究表明,通过合理控制影响参数,可有效提高传感元件应变传递效率,减小传感系统形状重建位置误差,从而提高光纤形状传感器的形状重建定位精度。     

MEMS陀螺漂移误差抑制方法研究

MEMS陀螺漂移误差是影响惯性测量系统精度的主要误差源,针对这一问题,引入旋转调制方法和卡尔曼滤波方法,利用旋转调制方法抑制陀螺的常值漂移,利用卡尔曼滤波方法减小随机漂移,并进行了仿真和实验,对调制和滤波前后惯性测量系统的姿态角误差进行了对比,结果表明,利用旋转调制技术和卡尔曼滤波方法分别减小陀螺的常值漂移漂移和随机漂移后,由这两种漂移误差引起的姿态角误差明显减小,惯性测量系统的测量精度显著提高。     

基于FBG传感系统的可调光滤波器非线性研究

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感系统研究压电陶瓷(PZT)驱动法布里-珀罗(F-P)型可调谐光滤波器(TOF)的非线性特性。基于多光束干涉理论建立了TOF的非线性模型,推导了透射带波长和自由光谱范围(FSR)对驱动电压的非线性响应;基于FBG传感系统测试了F-P型TOF的波长非线性,并采用多项式拟合对其进行描述,实测F-P型TOF波长的非线性误差最大为1.006 nm;基于F-P型TOF的非线性模型,研究了其波长定位误差,并提出采用参考光栅的方法降低波长定位误差。实验表明,F-P型TOF的波长随机误差可由73～81 pm降至12 pm以下。     

基于零电平处信号导数分析的分布式光纤传感定位算法研究

为了提高基于双Mach-Zehnder干涉(DMZI)原理的 分布式光纤传感系统的性能,提出一种 基于零电平处信号导数分析的快 速定位算法。利用信号在零电平处的导数大小,提取信号中最高频率附近的一段进行 时延估计,进而获得扰动发生位置。 由于提取信号的频率和带宽相对较大,因此系统的定位误差较小。与离散小波提取起始点信 号相比,本文算法能够适应更多的扰 动事件类型,且由于离散信号导数计算的复杂度远低于离散小波的傅里叶变换,运算时间大 幅降低,提高了系统的实时性。实 验结果表明,本文算法在10M/s采样率下,最大定位误差为 20m,而且计算时间少于0.13s。     

MEMS惯性测量系统安装误差分析与补偿

针对实际工程应用中微惯性测量组合与惯性测量系统之间的安装误差会影响载体测量精度的问题,提出一种有效补偿安装误差角的方法。在分析微惯性测量组合与系统间安装误差角产生机理的基础上,建立了安装误差模型,推导了求解安装误差角的方法。通过三轴位置速率摇摆温控转台实验验证了安装误差角求解算法和安装误差角建模补偿方法的正确性和有效性。实验结果表明该方法能够很好地补偿微惯性测量组合与系统之间的安装误差角,将惯性测量系统的姿态测量精度提高1～2个数量级,具有很强的工程应用性价值。     

小波分析在恶劣环境光纤传感中的应用(英文)

光纤光栅是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息的,是一种波长调制型光纤传感器。现代光纤传感系统的应用领域要求光纤传感器能适用于各种极端恶劣复杂环境,并在恶劣环境中实现高精度高灵敏度的检测。现有很多方法可用于光纤光栅的波长检测,但这些方法的精度都受限于不同的光噪声。如果光纤光栅检测系统的光源采用激光光源,信号功率可大大增强,但多余反射会产生有害干扰信号,限制光栅的波长解调精度。论文采用理论仿真和实验验证的方式将小波分析用于恶劣环境中的光纤传感信号的去噪。仿真和实验结果表明,小波分析处理方法可有效降低系统检测误差,提高测量精度和系统信噪比,满足恶劣环境中光纤传感检测的性能要求。