基于角度信息的结构总体最小二乘无源定位算法

在基于角度信息的约束总体最小二乘无源定位算法的基础上,文中基于角度信息的无源定位问题转化为结构总体最小二乘问题,并通过逆迭代法求出定位问题的解.文中还阐述了在一定条件下结构总体最小二乘算法与约束总体最小二乘算法具有相同的定位均方误差.最后还将结构总体最小二乘算法与Kalman滤波相结合,给出了一种对运动目标进行定位跟踪的新算法.计算机仿真结果验证了文中新算法的有效性和优越性.     

基于偏最小二乘分析的双模粒子滤波目标跟踪

针对在复杂背景下,基于主成分分析(PCA)的目标跟踪方法准确率较低的问题,使用偏最小二乘分析,提出一种双模粒子滤波的跟踪算法.首先采用偏最小二乘分析对目标区域建模,作为观测模型;然后利用仿射变换描述目标的形变过程,分别在李群及其切向量空间上建立双模的动态模型;最后结合特征空间更新策略,使用粒子滤波实现目标跟踪.实验表明,所提出的算法能够有效滤除背景噪声,跟踪结果稳定且准确.     

无线传感器网络LQI测距定位算法及其误差研究

无线传感器定位算法对无线传感器的工程应用具有重要的意义.针对基于LQ I测距的无线传感器网络,研究了测距模型的建立并对比分析了最小二乘定位算法和质心定位算法,相关仿真研究结果表明:该两种定位算法的精度与测距误差的性质具有鲜明的规律性,当测距误差正向分布时,最小二乘定位比质心算法精度高;当测距误差正负双向分布时,质心算法比最小二乘定位精度高.最后,文中通过搭建的Z igBee硬件平台实验验证了仿真的结果.本文从测距误差模型入手对无线传感器定位算法进行研究,仿真结果与实验验证相一致,有利于W SN的推广应用.     

无线传感器网络TDOA测距误差分析与校正

测距是无线传感器网络定位的基础,基于TDOA的测距有较高的精度;分析现有的基于TDOA的无线传感器网络定位系统与算法,使用基于超声波传感器和无线射频模块的TDOA测距技术,并针对测距过程中存在的误差,提出一种新的误差补偿和校正方法;该方法在对TDOA误差源及其影响行为进行详细分析的基础上,建立了测距误差模型;对影响较大的误差因子给予单独校正,并结合相关数学原理,引入了最小二乘回归,建立了误差校正的方案;实验结果表明,该方法有效地减小了测距误差的影响,从而提高了系统定位精度。     

基于动态T检验的修正最小二乘BFGS定位算法

针对传统基于接收信号强度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator)的最小二乘定位算法精度有限的问题,从降低信号噪声影响出发,提出一种基于动态T检验的修正最小二乘-BFGS定位算法。在测距阶段,将T检验法动态应用于RSSI值筛选,以消除较大测量误差影响,提高测距精度;定位阶段,先基于平均测算距离对传统的最小二乘法进行修正,提升初步定位精度0.3~2米;在此基础上,以信号强度误差最小为目标优化函数,基于BFGS算法对修正最小二乘法计算的初值进行迭代求精,以进一步提高定位精度。仿真实验表明,该算法有效提升了定位精度,在100 m×100 m范围内可比传统最小二乘定位误差降低4~11米。     

基于角度信息的递推最小二乘无源定位算法

针对机载单站无源定位的定位精度和实时性等问题,提出了一种基于角度信息的递推最小二乘(RLS)无源定位算法;首先建立了机载单站三维无源定位模型,求出最小二乘(LS)解;然后依据机载单站无源定位的实时性要求将最小二乘估计转化为递推最小二乘估计的形式;最后通过不同的仿真实验研究了影响定位精度和收敛速度的因素;仿真结果表明:RLS算法与LS算法在定位精度和收敛速度方面性能相似,但RLS算法运算复杂度低,所需存储空间小,能够实时的对目标进行定位,满足机载单站无源定位的需求。     

基于惯导/数据链的动态相对定位方法

针对卫星导航定位在复杂环境不可靠情况下如何实现无人机机间相对定位问题,提出一种基于机载惯性导航系统与机间数据链测距相结合的动态相对定位算法。该方法利用机载数据链通信测距能力与机载惯性导航系统输出的无人机速度矢量信息结合,建立机间相对定位模型,通过最小二乘法对无人机之间的相对位置进行估计,实现无人机机间的实时相对定位能力。由于通过最小二乘法解算出的相对定位结果依然存在误差,针对最小二乘法相对定位误差,提出秩亏网平差算法对无人机机群间的相对定位误差进行校正。仿真结果表明：基于最小二乘法的相对定位方法可以减缓惯性导航系统相对定位误差发散速度并且将惯导相对定位精度提高到3倍左右,通过秩亏网平差算法校正将最小二乘相对定位精度提高2倍。     

随机布署平面传感器阵列实现色噪声下运动节点跟踪算法

针对色噪声下的空间运动节点跟踪问题,提出一种新的辅助变量子空间跟踪算法.该算法采用秩1更新,构造两个无约束代价函数,求其递归最小二乘解跟踪信号子空间.得到信号子空间后,构造矩阵方程,通过最小二乘解实现空间运动节点的方向跟踪,所得空间二维角度能自动配对.在任意的平面传感器阵列下,所提算法和著名EIV-PAST算法均具有较好的节点跟踪性能,跟踪的信号子空间夹角和信号子空间误差较小,所提算法的正交性能显著优于EIV-PAST算法.     

基于小二乘-卡尔曼滤波的wMPS系统跟踪定位算法研究

wMPS(workspace Measuring Position System)是一种新型的基于平面交会原理的网络式测量系统,在静态测量研究的基础上,研究了动态跟踪测量的问题。为了减小运动引入的测量误差,利用运动方程提高测量精度,采用了最小二乘法对接收器的位置进行静态估算,将其结果作为伪观测值,然后利用卡尔曼滤波做进一步处理,该方法避免了观测方程中的非线性误差,实现了接收器在运动过程中的高精度跟踪定位。通过试验对最小二乘法和最小二乘-卡尔曼滤波法进行了比较,结果表明最小二乘-卡尔曼滤波法的估值精度远高于最小二乘法。     

胶囊内窥镜磁定位算法改进及实验研究

针对胶囊内窥镜磁定位磁场计算模型复杂和实时性较差的问题,提出了一种逆推定位算法.在胶囊内窥镜磁偶极子模型基础上,建立了磁定位系统数学模型,采用一种快速的定位求解算法,以最小二乘法构建磁定位目标函数,根据阵列磁阻传感器的输出电压,通过线性算法计算出胶囊内窥镜中永磁体位置和方向的一个初值,使用非线性算法进行迭代,求解胶囊内窥镜永磁体位姿最优解,简化了定位算法的复杂度,实时性得到大大提高.同时搭建胶囊内窥镜磁定位系统,实验结果表明该设计是可行和有效的.     

Real-time magnetic dipole detection with single particle optimization

In recent years, the use of magnetic field measurements has become relevant in several applications ranging from non-invasive structural fault detection to tracking of micro-capsules within living organisms. Magnetic measurements are, however, affected by a high noise due to a number of causes, such as interference from external objects and the Earth magnetic field. Furthermore, in many situations the magnetic fields under analysis are time-variant, for example because generated by moving objects, power lines, antennas, etc. For these reasons, a general approach for accurate real-time magnetic dipole detection is unfeasible, but specific techniques should be devised. In this paper we explore the possibility of using multiple 3-axis magnetic field sensors to estimate the position and orientation of a magnetic dipole moving within the detection area of the sensors. We propose a real-time Computational Intelligence approach, based on an innovative single particle optimization algorithm, for solving, with an average period of 2.5 ms, the inverse problem of magnetic dipole detection. Finally, we validate the proposed approach by means of an experimental setup consisting of 3 sensors and a custom graphical application showing in real-time the estimated position and orientation of the magnetic dipole. Experimental results show that the proposed approach is superior, in terms of detection error and computational time, to several state-of-the-art real-parameter optimization algorithms.     

基于CUDA的地震数据层位面自动追踪算法

层位面追踪是三维地震数据解释的一项关键操作,对于地质勘探和油藏工程有重要的指导意义。传统的层位面自动追踪算法采用的是种子点蔓延法,该方法是一个不断进行迭代计算的过程。由于三维地震数据的数据量很大,传统的基于CPU的层位面自动追踪算法的计算效率不高。文中提出了一种基于CUDA的三维层位面自动追踪算法。该算法对种子点蔓延法进行了改进,实现了层位面自动追踪的GPU并行解决方案。实验表明,与传统的基于CPU的层位面自动追踪算法相比,本算法的计算效率有明显的提升。     

基于动磁测量与BFGS法求解的鱼雷近场定位算法

为解决以往磁偶极子反演定位算法过度非线性化使得计算难度过大,以及非线性问题线性化后不易求得全局最优解等问题,提出了一种新的基于动磁测量技术(DMMT)的水下目标近场定位算法。该算法非线性化程度适中,具有多信息融合与数据快速处理的特点,试验验证该算法可实现动磁源的近场准确定位,且利用拟牛顿法(BFGS)可使计算简单易行。该算法可用于鱼雷近场定位,在水下探测、追踪、末弹道测绘等领域有重要用途。     

基于对数似然估计的目标定位跟踪新方法

为避免无源定位中的迭代运算,本文针对多站测角无源定位非线性观测方程,提出利用对数似然估计将其进行伪线性化处理,从而实现目标位置的闭式解算. 首先,在基于二维测角观测量的前提下,提出利用对数似然估计法将非线性观测方程转化为伪线性观测方程的数学模型,并推导出用于目标定位算法的闭式解. 接着,利用“当前”统计机动模型和卡尔曼滤波,实现对目标的精确跟踪定位. 并通过仿真实验验证该闭式解的渐近最优性,从而验证文中理论的有效性.     

Lattice kinetic simulations of 3-D MHD turbulence

A recently proposed lattice Boltzmann kinetic scheme offers a promising tool for simulating complex 3-D MHD flows. The algorithm is based on the BGK modeling of the collision term. The conventional approach for implementing magnetic behavior in LBM methods is based on one tensor-valued distribution function to present both the fluids variables (density and momentum) and the magnetic field. This formulation, however, has been proven a rather inefficient approach. The present scheme calls for a separate BGK-like evolution equation for the magnetic field which models the induction equation and enhances simplicity while allowing for the independent adjustment of the magnetic resistivity. Furthermore the algorithm correctly recovers the macroscopic dissipative MHD equations. Numerical results for the 3-D Taylor–Green vortex problem are presented with corresponding results computed with a pseudo-spectral code used as benchmark.     

主被动传感器自适应量测融合算法

针对观测平台和运动对象间的距离参数会对传感器随机测量误差带来影响的问题,提出了一种基于模糊距离阈值的主被动传感器量测融合算法。讨论了根据距离参数选择主被动融合跟踪模式的方法,采用指数函数和模糊处理技术,利用已有信息实时改变主、被动传感器在量测融合过程中所占的权重。仿真结果表明,当传感器和运动对象间的距离对随机测量误差的影响不能忽略时,基于模糊距离阈值的主被动传感器变权重融合算法和传统的固定权重融合算法相比更加稳定,能够充分发挥主、被动传感器间的互补特性。     

A new navigation approach of terrain contour matching based on 3-D terrain reconstruction from onboard image sequence

This article presents a passive navigation method of terrain contour matching by reconstructing the 3-D terrain from the image sequence(acquired by the onboard camera).To achieve automation and simultaneity of the image sequence processing for navigation,a correspondence registration method based on control points tracking is proposed which tracks the sparse control points through the whole image sequence and uses them as correspondence in the relation geometry solution.Besides,a key frame selection method ...     

基于动力学与控制统一模型的蛇形机器人速度跟踪控制方法研究

对带有被动轮的蛇形机器人进行速度跟踪控制时,利用传统的动力学建模方法得到的动力学方程复杂且不利于控制器的设计. 本文基于微分几何的方法将带有被动轮的蛇形机器人动力学投影到速度分布空间中, 得到了动力学与控制统一模型, 更有利于速度跟踪控制器的设计. 考虑到蛇形机器人在进行速度跟踪时容易出现奇异位形, 提出增加头部扰动速度的方法. 基于头部扰动速度和统一模型, 提出避免奇异位形的速度跟踪控制方法, 最后通过逆向动力学得到控制力矩. 文中对速度跟踪控制进行了数值仿真和实验验证. 仿真和实验结果表明, 提出的速度跟踪控制方法能够跟踪想要方向的速度, 并且在跟踪过程中可以有效地避免奇异位形.     

Determination of camera location from 2-D to 3-D line and pointcorrespondences

A method for the determination of camera location from two-dimensional (2-D) to three-dimensional (3-D) straight line or point correspondences is presented. With this method, the computations of the rotation matrix and the translation vector of the camera are separable. First, the rotation matrix is found by a linear algorithm using eight or more line correspondences, or by a nonlinear algorithm using three or more line correspondences, where the line correspondences are either given or derived from point correspondences. Then, the translation vector is obtained by solving a set of linear equations based on three or more line correspondences, or two or more point correspondences. Eight 2-D to 3-D line correspondences or six 2-D to 3-D point correspondences are needed for the linear approach; three 2-D to 3-D line or point correspondences for the nonlinear approach. Good results can be obtained in the presence of noise if more than the minimum required number of correspondences are used     

Development of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) system with waypoint tracking and vision-based reconnaissance

This paper introduces the developed UAV system for low cost operation and an EOS (Electro Optical System) laboratory. This paper highlights an autonomous navigation system based on microcontrollers that can track a target using images, take three-dimensional measurements of the target, and acquire high quality images. The hardware system and an algorithm for the EOS verify the performance of the image tracking system and 3-D measurement of the target’s position. 3-D position estimations for the target are solved using the mathematical relationship between the UAV and target. Although an on-board EOS can make errors in 3-D measurement, the proposed approach shows improved accuracy and confidence for 3-D target tracking using a postprocessing method.