基于多传感器系统的统计建模与标定方法

在融合惯性、视觉、磁场信息以及嵌入式技术的多传感器定位系统中,标定模型的准确性会影响传感器测量精度。以非线性最小二乘法为基础,提出了一种低成本高精度的标定方法。首先,分析系统各项参数,以加速度计为例建立模型,并利用重力加速度作中间量对传感器确定性项进行标定。通过仿真实验分析,结果表明提出的方法实用可行,能降低误差,提高系统传感器精度。     

基于IMM-PF的分布式估计融合算法

针对基于扩展卡尔曼滤波的估计融合算法存在线性化误差,且受高斯噪声假设限制的问题,提出一种基于交互式多模型粒子滤波(IMM-PF)的分布式多传感器估计融合算法.各传感器节点采用IMM-PF算法,以便在非线性、非高斯条件下稳健地跟踪机动目标;融合中心则采用基于粒子滤波(PF)的分布式融合方法进行全局估计融合.该算法适用于非线性、非高斯条件下的多传感器状态估计.仿真结果表明,该算法能够提高多传感器系统状态估计的精度.     

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.     

基于IMM-PF的分布式估计融合算法

针对基于扩展卡尔曼滤波的估计融合算法存在线性化误差,且受高斯噪声假设限制的问题,提出一种基于交互式多模型粒子滤波(IMM-PF)的分布式多传感器估计融合算法.各传感器节点采用IMM-PF算法,以便在非线性,非高斯条件下稳健地跟踪机动目标;融合中心则采用基于粒子滤波(PF)的分布式融合方法进行全局估计融合.该算法适用于非线性,非高斯条件下的多传感器状态估计.仿真结果表明,该算法能够提高多传感器系统状态估计的精度.

     

压电微定位平台神经网络与专家模糊复合控制方法

为了消除压电微定位平台的迟滞非线性特性,实现高精度定位控制,采用具有两个隐含层的BP神经网络建立压电微定位平台的迟滞模型,以精确描述驱动电压与输出位移的迟滞关系;设计一种基于BP神经网络迟滞逆模型的前馈控制器,对迟滞非线性进行补偿,将迟滞非线性近似线性化.为进一步提高定位系统的精度,提出基于迟滞逆模型前馈补偿和专家模糊控制的复合控制方法.仿真结果表明,该复合控制方法可以将压电微定位平台的定位误差控制在0.091μm以内,从而有效地消除迟滞非线性对压电微定位平台定位精度的影响.     

高精度数字陀螺仪安装误差标定与补偿方法

高精度数字陀螺仪精度高、使用方便,有着广阔的应用前景;而在实际应用中发现,安装误差是严重影响陀螺仪输出精度的主要原因之一。文中在推导高精度数字陀螺仪输出模型的基础上,提出通过求解比例系数来确定坐标变换矩阵,对高精度数字陀螺仪进行安装误差标定与补偿的方法。详细说明了高精度数字陀螺仪安装误差标定步骤和比例系数求解方法;实验结果表明：该方法能够有效的补偿高精度数字陀螺仪的安装误差,标定补偿后陀螺仪全量程测量范围内的绝对误差小于0.045°/s,测量精度提高了1-2个数量级,准确的将陀螺仪输出变换到载体正交坐标系下,为高精度数字陀螺仪的工程应用奠定了基础。     

基于节点簇的分布式传感器自定位系统及定位方法

正本发明公开了一种大水域环境下基于节点簇的分布式传感器自定位系统及定位方法,该定位系统由被定位传感器节点、基站、中继浮标以及地面控制中心组成。定位方法首先基于TOA技术确定簇首并建立簇,而后建立水下传感阵列坐标,结合最小梯度迭代法最终确定被定位传感器节点的局部坐标。本发明公开的定位系统具有可扩充性强、稳定性良好、功耗低、定位精确以及定位刷新率高等优点。     

发明与专利

本发明公开了一种大水域环境下基于节点簇的分布式传感器自定位系统及定位方法,该定位系统由被定位传感器节点、基站、中继浮标以及地面控制中心组成。定位方法首先基于TOA技术确定簇首并建立簇,而后建立水下传感阵列坐标,结合最小梯度迭代法最终确定被定位传感器节点的局部坐标。本发明公开的定位系统具有可扩充性强、稳定性良好、功耗低、定位精确以及定位刷新率高等优点。     

光学显微定位系统定位精度分析

为了提高光学显微定位系统对细胞微生物识别定位的精度：一方面，必须改进手眼标定方法；另一方面，需要提高全局图像识别的准确性，因此，提出一种两步法对系统进行手眼标定。首先，通过标定固定靶标来确定系统原点，并得到视觉模块相对于系统原点的转换关系；然后，根据每次拍照的起始点位置、拍照的数量和移动的步长求解出全局图像相对于系统原点的转换关系；最后，为了进一步提高全局转换关系的准确度，提出一种基于傅里叶变换的误差矫正方法，利用傅里叶变换求解出视觉模块在移动过程中的误差，并加入系统进行补偿。实验结果表明，误差补偿之后，系统X轴方向的误差均值从10.23 μm降为-0.002 μm，Y轴方向的误差均值从6.9 μm降为-0.50 μm，显微定位系统的平均定位精度达到了99%以上。结果表明，所提方法可很好地用于光学显微定位系统对细胞微生物进行高精度的自动化抓取。     

三轴加速度传感器安装误差标定方法研究

针对三轴加速度传感器在车辆行驶状态测量方面的应用,研究了三轴加速度传感器在车辆上的安装误差问题,提出了一种通过数学解算模型对安装误差进行标定的方法.标定过程无需借助其他测量仪器,只需要使用安装后的传感器进行多次测量,通过数学模型解算这组测量数据即可实现安装误差的测量与标定.通过实验验证,此方法方便有效,标定误差小于±3...     

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为了解决传统航天器姿态测量方法中存在的误差率高的问题,提出基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法。首先对使用的精密星敏感器进行设计,并将在不影响航天器运行的前提下安装在合适的位置上。通过建立运动坐标系、坐标参数转换和设置姿态参数三个步骤得出航天器运动模型,在该模型下分析出航天器姿态的基本运动规律、利用精密星敏感器识别并选取航天器空间下的任意三个星点,最后综合定位的星点和航天器姿态的运动规律,从不同的角度上确定航天器姿态测量结果,为了提高航天器姿态测量结果的精度进行标定处理。通过模拟实验分析得出结论：与传统测量方法相比,基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法的平均误差率降低了6.0%。     

激光传感器扫描边缘系统定位方法研究

非接触式齿轮倒角测量系统物体坐标系与运动平台坐标系的系统定位是通过人工控制XY移动平台携带激光传感器运动使激光点投射到棋盘格左下角点,该方法存在一定的人为误差,增加了齿轮倒角测量的系统误差[1].提出用激光位移传感器扫描测量标定板右侧和下侧边缘突变点位置坐标来确定标定板右下角点位置坐标信息,棋盘格有效区域左下角点与标定板右下角点间的距离已知,控制XY二维运动平台运动,使激光点投射到棋盘格有效区域左下角点的位置,完成系统定位.     

激光线扫式形貌测量机器人的标定研究

为能够高效、高精度的获取大型自由曲面物体的形貌,研究了基于通用工业机器人和激光线扫描传感器的测量方法。论述了激光线扫式形貌测量系统的原理与结构,利用标准球及优化算法实现了机器人和激光扫描传感器位姿关系的精确解算,并针对机器人运动学误差对系统测量影响较大,通过对机器人运动学参数的修正有效减小了机器人的绝对定位误差。实验和分析结果表明,经标定和运动学参数校正后的测量系统对标准球的测量能达到较高精度,为采集高精度三维点云提供了保证。     

基于相机空间点约束的机器人工具标定方法

工具标定就是确定工具坐标系相对于机器人末端坐标系的变换矩阵,但传统的解决方案是通过人工示教点约束的方法,为此提出一种基于视觉相机空间的自动工具标定方法。在末端工具上增加特征点如圆环标志,利用相机建立机器人三维空间与相机二维空间之间的关系,通过自动的三维空间视觉定位,实现对圆环标志的中心点的点约束,视觉定位不需要相机的标定等繁琐过程。基于机器人的正运动学和相机空间点约束完成工具中心点(TCP)求解。重复实验的标定误差小于0.05 mm,实验的绝对定位误差小于0.1 mm,验证了基于相机空间定位的工具标定具有较高的可重复性以及可靠性。     

基于最小二乘法的RSSI 测距环境参数修正方案

节点定位是无线传感器网络中的重要应用之一。为了抑制RSSI测距技术的误差对无线传感器节点定位精度的影响,通过对RSSI测距模型进行分析,提出了一种基于最小二乘法的RSSI测距环境参数修正方案。该方法使用最小二乘法拟合方法对环境参数进行修正,以消除各种干扰对测量数据的影响,以提高RSSI测距的精度,为高精确定位打下基础。实验和仿真结果表明,采用环境参数修正方案后,明显提高了测距的精度。     

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TDOA的室内超声波定位方法的改进

基于超声波和射频信号的TDOA（Time Difference Of Arrival,TDOA）室内无线传感网定位系统得到了越来越普遍的研究。其以距离测量为基础计算待测节点坐标。测距的误差影响定位结果的准确性。因此,文中主要目的是介绍基于超声波技术和射频技术定位系统的工作原理,通过采用总体最小二乘法（Total Least Square,TLS）的直线拟合方法对距离测量误差进行补偿,修正距离值,然后采用极小极大算法（Min-Max algorithm）进行定位的位置坐标计算,得到系统测距误差较小和定位准确性高的结果。实验数据仿真表明,该方法提高了距离测量精度和系统的定位准确性。     

基于椭球拟合的三轴磁传感器误差补偿方法

考虑现有多轴磁传感器的标定补偿方法普遍存在计算量较大、操作时间长、场地要求面积大、标定设备要求高等问题,提出了基于椭球拟合的三轴磁传感器误差标定补偿方法。在分析传感器误差产生机理的基础上,建立了磁传感器误差模型,推导了误差系数的解算公式,并利用椭球拟合的方法对三轴磁传感器进行了测试标定与误差补偿。实验结果表明,该方法能够正确、有效地标定补偿三轴磁传感器不正交误差、灵敏度误差和零偏误差,具有修正过程简捷、省时、精度高特点不依赖于精密仪器提供准确的方向基准、水平基准等,能够广泛应用于多轴矢量传感器的误差标定和有效补偿。     

基于RSSI值的WSNs节点测距算法改进与定位实现

针对采用接收信号强度指示(RSSI)值进行无线传感器网络(WSNs)节点定位中,存在的因节点放置高度不同而产生的测距精度存在差异的问题,在大量实验数据的基础上,分析了RSSI值与距离d在节点布设高度不同时的关系,同时采用分段拟合法对测量曲线进行处理,并在此基础上提出了以恒定步长进行节点趋势移动的校验法,计算RSSI值所对应的距离d。验证结果表明:应用此校验法,节点测距的相对误差有了明显的改善。最后,将改进的测距算法应用到WSNs定位中,仿真结果表明:提出的分段拟合与移动校验法能有效改善定位的精度。     

改进型灰狼算法在热电偶动态补偿中的应用

为解决热电偶传感器在瞬态温度测试过程中因传感器动态性能不足引入动态误差影响测试精度的问题,提出基于改进型灰狼优化算法的热电偶传感器动态补偿方法.通过改变候选解产生策略和引入动态权重因子,对灰狼优化算法(GWO)进行改进,从而进一步提高了热电偶传感器的时间常数.根据热电偶传感器水浴法校准数据寻优获得补偿系统传递函数,并对实测火焰数据进行实验.实验结果表明,水浴法校准数据经补偿后时间常数由0.0685s提升为0.0147s,动态误差减小了近75%.经IGWO寻优获得的动态补偿系统,可有效地改善热电偶传感器的动态特性,减小热电偶传感器的动态误差.