一种适用无人机集群的多段补偿时间同步算法

随着人工智能、传感器以及通信技术的快速发展,无人机集群已经逐渐成为现代军事战争中一个不可或缺的作战因素.为了适应无人机集群网络拓扑内的高动态变化,提高组网节点的时间同步精度,提出一种适用于无人机集群的多段补偿双向时间同步算法.算法基于节点间的双向时间信息交互,同时考虑了时钟偏移率与偏移量对同步的影响,并通过均值滤波和指数平滑法来校正时钟偏移.仿真结果表明,与传统的双向同步算法相比,提出的时间同步算法同步精度更高、同步保持更长,更适用于复杂多变的无人机集群网络的时间同步.     

面向工厂自动化无线网络的时间同步方法

时间同步技术是保障工厂自动化无线网络高实时性与高可靠性的支撑技术.工厂自动化无线网络技术指标要求时间同步的精度成为同步方法的重心,在商用的IEEE 802.11硬件平台上,设计并实现了基于时分多址(time division multiple access,TDMA)机制并由时钟偏差测量、时钟偏差预测和时钟漂移补偿3部分算法组成的高精度时间同步方法.实验证明由于该同步算法相对于传统的双向同步算法加入了时钟偏差预测与补偿机制,使其有精度高、可靠性高、自适应性强等优势,有助于实现工厂自动化无线网络微秒级的TDMA时隙调度.     

无线传感器网络中基于层次结构的时间同步算法

时间同步作为无线传感器网络的关键技术之一,对整个网络的工作和发展有着至关重要的作用。提出了基于层次结构的传感器网络时钟同步协议(TPSN)改进算法：在层次建立阶段采取等级广播,在同步阶段采取直接双向和间接双向相结合的时间同步方式,获得相对较少的报文开销和系统维护开销;进行了时间频率偏移校正,以保证节点的时间同步精度。仿真实验结果表明,该算法不仅提高了网络的同步精度,也节约了网络的能量消耗,更加满足实际应用的需求。     

基于分簇的高能效无线传感器网络时间同步算法

针对经典时间同步算法应用于无线传感器网络时主要是提高同步精度而忽略网络能耗的问题,提出了一种基于分簇的高能效无线传感器网络时间同步算法.该算法基于分簇的网络拓扑结构,基站与簇首采用改进的双向同步机制传播同步消息包,簇首与簇内节点采用双向同步机制与被动监听相结合的方式完成时间同步,减少了消息包传输的数量,同时设计了同步分组延迟的周期更新因子,进一步减少了报文开销.仿真结果证明:该机制能减少同步报文开销,降低网络能量消耗,保证良好的同步精度.     

时间同步技术研究

本文介绍了时间同步的背景,然后讨论了当前比较流行的几种不同的时间同步网络技术,例如GPS时间同步技术、短波授时和长波授时时间同步技术、电话拨号时间同步技术、互联网时间同步技术、DDN专线时间同步技术、SDH网络时间同步技术,根据上述技术的优缺点,介绍了基于软硬件同时使用的时间的同步网络技术,最后给出了如何对时钟进行评价和最佳时钟算法。     

基于分簇的低功耗多跳无线传感器网络层次时间同步算法

针对典型时间同步算法在应用于多跳无线传感器网络(WSN)时主要集中于提高网络同步精度而忽略能耗、路径跳数、误差累积等问题,提出一种基于分簇的低功耗多跳WSN层次时间同步算法。该算法基于分簇的层次型网络结构,选取某一簇内节点与簇头进行双向同步,其邻居节点通过被动监听方式间接完成同步,减少了数据包传输数量,且数字签名方式保证了消息传输的安全性;引用了同步分组延迟的周期更新系数,以进一步减少报文开销。仿真结果表明,算法有效地降低了能量消耗,提高了网络寿命,具有一定的实用性。     

局域网环境下的时钟同步与保持

针对局域网环境下系统仿真的时钟同步需求,提出了一种时钟同步与保持方法.首先建立客户端与授时服务器的网络连接,通过多次网络通信,得到客户端与授时服务器时间差的不等式组,通过解不等式组求出时间差的有效范围,这样有效地提高了时钟同步的精度.然后通过两个校准时间参考点对系统的脉冲频率进行校准,使得已同步的时钟得以保持,从而避免了在仿真应用中频繁地进行同步,节省了时间开销.实验结果表明,这种方法的同步误差在50μs左右,且可以在较长时间内保持.     

一种低功耗无线传感器网络时间同步算法

间同步对无线传感器网络的应用至关重要,为提高同步精度,多数算法都以较多的消息交换或复杂的计算为代价来达到这一目的,因而能耗较大.为减少时间同步的消息交换开销,节约节点能量,提出了一种简单低功耗时间同步算法,该算法结合了单向广播同步机制和双向成对同步机制,有效利用网络中节点的广播信息,使网络中节点单跳广播域内只有一个下层节点与之进行双向成对同步,从而达到了减少消息开销和节约能量的目的.最后通过仿真验证了该算法的性能.     

具有对抗关系和时变拓扑的耦合离散系统有界双向同步EI北大核心CSCD

针对含有对抗关系和时变拓扑的耦合离散系统,本文研究了这类系统有界双向同步问题(Bounded bipartite synchronization, BBS).考虑了以下两种情形:1)在某时刻所有个体不能划分为两个敌对阵营;2)尽管在每一个时刻所有个体都可以被划分为两个敌对阵营,但每个阵营中的成员随着时间的推移而改变.对于以上两种情形,耦合系统不能达到双向同步,可以在一定条件下达到有界双向同步.本文得到了使耦合离散系统达到有界双向同步的一些充分条件,并通过一个数值例子验证了所得结论的有效性.     

基于等级层次结构的TPSN算法改进

时间同步是无线传感器网络的重要支撑技术,对WSN的发展起着不可替代的作用。提出了基于等级层次结构的改进TPSN算法:此算法在层次建立阶段采取等级广播,在同步阶段采取单向广播同步机制和双向成对同步机制,获得相对较少的报文开销;此算法最后进行了时间频率偏移校正,以保证节点的同步精度。改进TPSN算法将这些思想结合在一起,不仅保证了WSN的同步精度,也节约了能量消耗。     

基于UWB的地铁隧道定位系统设计

超宽带技术因其具有定位精度高、抗多径干扰能力强、传输速率高等优势,成为了当前主流的室内定位技术。由于地铁隧道中环境恶劣,为了保证施工人员的安全,实现对地铁隧道中施工人员的实时定位,设计了基于UWB技术的地铁隧道定位系统。该系统采用对称双向双边测距(SDS-TWR,Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging)算法以有效抑制移动标签和定位基站之间由于晶振漂移导致的测距误差,同时在基于到达时间(TOA,Time of Arrival)的定位方法上采用粒子群算法提高定位精度。实验结果表明基于UWB的地铁隧道定位系统在地铁隧道中能稳定工作且定位精度得到有效的提高,该系统具有功耗低、实现简单、定位精度高的特点,能够满足地铁隧道当中对于人员实时精确定位的需求。     

基于双向测距的协同定位系统误差分析

针对协同定位系统中影响节点定位精度受测距误差影响的问题,主要研究和分析了测距误差传播以及移动场景误差对协同定位系统的影响.采用基于GPS(Global Positioning System)和超带宽双程测距的低成本协同定位系统,分析了协同定位系统中的误差传播过程,推导了测距协方差阵和定位协方差阵.在不同场景下进行了仿真,经分析得出节点间几何关系是影响系统定位误差的最重要因素.该结论对于协同定位系统中移动节点的定位精度提升具有一定的指导价值.     

消防员应急救助三维定位技术

研究了一种在火灾现场对被困消防员进行应急救助的三维定位方案.该方案采用线性调频扩频(CSS)技术与其独有的对称双边两路测距(SDS-TWR)机制,并结合BMP085气压传感器测量高度,实现对消防员的三维定位.由于火灾现场复杂的环境加强了Chirp信号传输时的多径效应,因此采用卡尔曼滤波法滤除坐标突变值,能够将定位误差控制在1m以内.     

基于UWB的SS-TWR改进方法研究与实现

针对卫星导航信号缺失或极易受扰的条件下,室内快速移动机器人与室外密集飞行的无人机集群必须依靠高精度高实时性相对定位实现运动导航与控制以及个体间避碰,亟需探索时间短、精度高的方法.对UWB测量体制深入研究后,提出时间可估算的单边双向测距(SS-TWR)的改进方法测距系统.系统建立了详细的序列时间分析与估算方法,与常用的双边双向测距(DS-TWR)相比,缩短了距离测量时间,提高了测量频率,减少了错误帧数量;采用有源温补晶振校正时钟,构建修正天线辐射近场区的误差经验模型,并引入卡尔曼滤波对测量结果进行融合估计,降低了测量误差;在室内环境的对比测试实验证明,改进后的SS-TWR精度达到与DS-TWR相当的±5 cm,测距时间小于5 ms.     

Distance Estimation Error Compensation of a Direct Control Type, Internet-based Mobile Robot System

This research is concerned with the development of an Internet-based mobile robot system, which is insensitive to the unpredictable Internet time delay in data transmission. For this purpose, the PPS (Position Prediction Simulator) is suggested and implemented to compensate for the time delay problem of the Internet. The PPS is divided into two parts, including the 3D virtual simulator and the robot position prediction part. The proposed PPS shows the visual information of a remote site, which is obtained from image processing and predicted position considering the time delay. The simulation results showed that the direct control using the PPS is insensitive to the time delay problem as in the indirect control. For the verification of the proposed PPS, the robot was moved and stopped following the planned path under various traffic conditions. The experimental results showed that the distance error could be reduced using the developed PPS.     

皮卫星星间高精度载波测距系统研究

高精度微波测距系统依赖于周期大于载波在星间传输时间的长期时钟误差影响的消除,需要超稳晶振源和精确的定时系统作为保障.微小型皮卫星体积小、功耗低的特点无法满足这些要求.我们提出一种基于双向载波测距的系统,同样能够消除长期的时钟误差,但是不需要复杂的定时系统.理论分析和试验表明,利用皮卫星S波段的双向载波测距,其精度可以达到亚毫米级.     

煤矿井下人员融合定位方法

针对飞行时间(TOF)测距定位方法定位盲区多、易受非视距干扰、定位精度有限,捷联惯性导航定位方法长时间累计误差的问题,提出了一种基于TOF测距定位和捷联惯性导航定位的煤矿井下人员融合定位方法。该方法分区域定位:当定位终端位于定位基站近距离无线通信覆盖范围内时,采用TOF测距定位方式,通过近距离无线通信方式将定位数据发送至附近的定位基站;当定位终端位于定位基站近距离无线通信覆盖范围之外时,采用捷联惯性导航定位方式,并利用卡尔曼滤波算法对定位数据进行修正,通过远距离无线通信方式将定位数据发送至附近的定位基站;当定位终端位于定位基站远距离无线通信覆盖范围之外时,定位终端对定位数据进行本地存储,当定位终端移动到定位基站无线通信覆盖范围内时,将存储的定位数据发送给定位基站。定位基站将定位数据传输至地面监控中心,获得人员轨迹和位置坐标。实验结果验证了该方法的有效性。     

超宽带室内定位关键技术

超宽带信号的高时间分辨率特性非常适合用于室内场景下的精确定位。本文回顾了超宽带系统位置估计问题,首先介绍了UWB定位系统的特点,然后给出了定位基本原理,指出了超宽带定位系统设计中面临的两个重要挑战,分别是超宽带信号采样问题和到达时间参数估计问题,应用压缩感知理论解决这些问题并给出了最新研究成果,最后描述了一种精密实时的UWB商用定位系统。     

基于自适应抗差卡尔曼滤波的UWB室内定位

在UWB室内定位中,测距中存在的NLOS误差和测距异常值会大幅降低其定位的精度和可靠性.针对这一问题,提出了一种自适应抗差卡尔曼滤波方法.该方法首先在UWB距离模型的基础上,利用新息向量和LOS环境下的阈值所构造的抗差因子鉴别并削弱NLOS测距误差和测距异常值的影响,同时利用Sage-Husa滤波对系统噪声进行实时估计和修正,在此基础上推导UWB定位的线性模型,利用卡尔曼滤波进行UWB定位解算.实验结果表明,该方法能有效地抑制并消除UWB测距中的NLOS测距误差和测距异常值的影响,进而能提高UWB定位的精度和可靠性.     

基于LoRa技术融合RSSI和TOA的户外定位方法

LoRa（Long Range）定位为当今户外定位提供了一种低成本、低功耗的解决方案。为了提高定位的准确性,提出一种基于LoRa技术融合接收信号强度指示 (RSSI) 和信号到达时间 (TOA)的户外定位方法。通过TOA筛选有效的RSSI信息和计算RSSI的统计平均值,基于预先测量样本的方式,构建了一种类高斯分布的每个定位基站对应测距模型,获取待定位设备距离基站的距离和定位基站的位置坐标映射后,通过加权质心定位算法,得到待定位设备的位置坐标。搭建基于SX1280的验证平台,对该方法进行验证。理论分析和实验结果表明,融合RSSI和TOA的定位方法能够有效筛选数据,对比改进前的定位方法定位误差减小了20%,稳定性较高。所提出的LoRa定位算法计算覆盖范围较广,理论上可以覆盖到超过1 km的范围,实验场地最长半径达到了500 m,算法复杂度较小,实时性较好,易于实现,可用于室外定位。