基于LTC1609的高精度超声测距系统设计

针对现有超声测距系统测量精度不高的问题,提出一种基于高速模数转换器LTC1609的高精度超声测距系统设计方案.该系统采用AT89S52单片机作为控制核心,设计了超声波发射电路、接收电路以及数据采集模块,利用"软件阈值法"确定回波前沿,并引入温度补偿电路,提高系统测量精度.实验结果证明该系统工作可靠、测距精度高.     

音码混合测距在深空探测中的应用研究

深空探测具有目标距离远、信号往返时延大和信号微弱等特点, 纯侧音测距和伪码测距无法满足深空测距的需求；提出了一种适用于深空探测的音码混合测距方法,详细分析了测距信号发送、接收时序,对由于超远距离、超大时延引起的测距信号返回时间预报偏差较大,采取有效的保护措施,减小测距信号返回时间预报偏差,避免距离匹配出错；阐述了距离捕获、解模糊和跟踪的过程,充分考虑了音码相位进周问题,提出了改进措施,提高了距离测量值的准确性；分析估算了测距精度和距离捕获时间,分析结果表明文章提出的音码混合测距方案具有较高的测距精度,较短的距离捕获时间；最后在由DSP和FPGA构建的全数字化控制平台上进行了实验研究,与纯侧音测距相比,音码混合测距精度更高,测距值更稳定。     

基于Arduino+LabVIEW的高精度超声波测距系统设计

针对现场远程高精度测距的要求,提出了采用开源硬件Arduino和虚拟仪器LabVIEW通过无线通信测距的方法.下位机通过Arduino控制器对温度及距离进行测量并发送数据,上位机对无线接收的数据进行温度补偿算法处理以提高测量精度.测试结果表明,本系统在不同环境温度下测量时能准确修正数据,提高了测量精度,有一定实用推广价值.     

磁偶极子源的被动测距与跟踪

基于电磁波在海水中的传播方程,分析了海水中磁偶极子辐射场的分布特性,建立了运动磁遇极子的测量坐示系并推导出被动测距方程,提出了基于磁偶极子源的三维被动测距方法及非线性最小二乘被动跟踪算法,通过对最小二乘算法的分析比较,利用离散型Levenberg-Marquardt算法对所建立的三维被动测距数学模型进行了仿真计算。结果表明,在水下有效测距离范围内,利用磁有子辐源进行被动测距与跟踪的方法是有效的,具有较高的测距精度。     

一种减少测距误差的传感器网络定位算法

接收信号强度(RSSI)常被作为无线传感器网络定位算法的测距技术,通常,获取的RSSI信号序列中同时存在随机误差和粗差两种误差,利用以往常用的算法都难以消除混合误差对RSSI测量统计数据的影响;在分析两种误差特征的基础上,提出了一种基于统计中值的加权定位算法,算法在去除粗差的基础上,能在一定程度上平滑了随机误差,算法不仅提高了定位的精度,同时提高了节点的覆盖率;理论分析和仿真结果都表明算法具有较高的定位精度和覆盖率,最优情况下定位精度较原先算法能够提高6.99%,而不可定位节点比例下降8.05%。     

Bessel函数测距模型的RSSI测距方法

针对现有RSSI测距方法中,影响测距精度的RSSI测量值难以准确估计和RSSI值与距离对应衰减关系不明确的问题,给出一种基于Bessel函数测距模型的RSSI测距方法。首先对RSSI原始测量数据进行异常值剔除,滤波和凸优化提取趋势项的预处理,然后建立基于Bessel函数的测距模型,基于预处理所得光滑数据,利用最小二乘法辨识测距模型中未知参数,从而得到具体测距模型表达式。基于实测数据对所提方法进行实验验证,与Shadowing模型、分段函数测距模型对比,结果表明,Bessel函数测距模型的RSSI误差均值在1.8dBm范围以内,能更有效反映RSSI值衰减关系,提高了测距精度且计算开销不大。     

基于距离区间概率测距的无线传感器网络定位算法研究

基于经验的传播模型在实际应用中存在多值问题,导致RSSI 与距离并非一一映射。本文提出了一种改进的 MDS-MAP 定位算法,该算法利用基于距离区间概率的测距模型,消除多值问题对测距模型精度的影响,从而提高测距模型 的测量精度。通过仿真结果表明,改进的算法与传统的MDS-MAP 定位算法相比,算法具有更好的定位精度。     

基于超声波测距的巷道两帮变形量测量系统设计

针对传统的收敛计人工测量法测量矿山巷道变形量费时、费力的缺点,提出基于超声波测距的巷道两帮变形量测量系统设计方案。该系统采用C8051F340单片机控制超声波探头进行超声波的发射和接收,通过温度补偿模块测量实时的环境温度,根据超声波在空气中的传播速度与温度的关系得到实际的超声波速度,并根据超声波测距原理计算巷道两帮的距离。实际测试结果表明,该系统实现了对巷道两帮变形量的实时测量,测量精度为1 mm。     

小型飞行器距离测量的两种方法

介绍了小型飞行器传感器测距、无线电字同步测距两种方法。并以某小型飞行器为例,分别给出了两种测距方法的设计原理及精度分析。对两种测距方法的飞行数据进行验证表明:无线电字同步测距方法弥补了传感器测距法低空测量精度低之不足,是一种实用的低成本、高精度的距离测量方法。     

一种改进的高精度超声测距方法研究

为提高超声测距系统的近距离测距精度,提出了一种改进的超声测距方法.该方法通过将回波信号放大调理为单片机能够识别的计数脉冲,并通过计数一定值的脉冲数确定回波前沿以计算超声波自发出至系统接收到回波的时间间隔.详细介绍了系统工作原理并分析了该方法的理论误差,介绍了超声测距系统的的实现方案、组成结构及软件设计.选用表面光滑的静电板为被测物体进行了测距实验,在200mm～1200mm测距范围内,最大测量误差不超过8mm,实验结果表明该方法有效提高了测距精度.     

基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法

针对传统全球定位系统(GPS)接收机在高动态环境下跟踪性能不理想,提出一种基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法。利用锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)的方式代替传统单一跟踪环路,通过卡尔曼(Kalman)滤波器对接收机各跟踪通道中频信号进行综合处理。根据多条跟踪通道的伪距和伪距率残差对系统状态参量进行综合估计,并搭建Kalman滤波器的状态方程和量测方程,给出了跟踪环路反馈量,与传统标量跟踪模式下的跟踪性能进行了对比。仿真结果表明,基于载波频率辅助相位的GPS信号跟踪算法进入稳态时间减小了100 ms,位置误差精度提高了5 m,速度误差精度提高了近3 m/s,在接收机用户快速运动的环境下,能够很好地处理高动态信号。     

A tracking loop based on tightly coupled range and velocity filter equations

A joint range-velocity closed tracking loop,which is based on tightly coupled range and velocity filter is proposed.When the measured velocity value is adopted in the range tracking loop to modify the velocity and acceleration equations from traditional α-β-γ filter,the tracking loop based on tightly coupled range and velocity filter can not only track the range and the velocity simultaneously,but also improve the range tracking accuracy.The experimental results show that the tracking errors about range thermal noise in the proposed loop is lower than those in the traditional loop over 2.2 dB,when filter parameters satisfy least mean-square error criterion.Moreover,with the increase of the filter parameter,the tracking performance of our schemes are improved accordingly.     

飞机牵引机器人路径跟踪模糊控制

为了提高飞机地面自动导航路径跟踪的控制精度,提出了基于模糊自适应控制的智能飞机牵引机器人纯追踪路径跟踪方法。首先建立了牵引机器人-飞机两轮简化模型,进行了路径跟踪运动分析;基于此分析,以牵引机器人-飞机系统运动速度和轨迹误差为输入,以预测距离为输出,通过模糊自适应控制实时调整纯追踪算法预测距离,设计了基于自适应模糊控制的路径跟踪控制器;通过几何仿真和虚拟样机仿真两种方法分别对所提出的方法进行了验证。结果表明,牵引机器人-飞机系统在变速运动时,路径跟踪的轨迹误差能控制在0.5 m左右,完全满足飞机地面自动牵引滑行的精度要求,验证了所提方法的有效性和适应性。     

基于一阶不确定项估计律的机械臂鲁棒控制研究

针对多自由度机械臂控制系统的模型参数误差、关节摩擦力以及外部输入扰动等不确定项,设计了一类一阶误差估计律;结合基于机构动力学名义模型的输入输出反馈线性化控制算法,对六自由度刚性机械臂的时变轨迹跟踪控制进行了研究,理论上证明了设计的鲁棒控制器是全局渐进稳定的.仿真结果表明该控制策略对系统的各类不确定项具有很好的鲁棒性,能够实现高精度的轨迹跟踪控制.     

机器人的低通滤波滑模控制

滑模控制响应快,对系统参数和外部扰动呈不变性,可保证系统的渐进稳定性,但其缺点是控制存在很强的抖动。在一般滑模控制的基础上引入低通滤波器（LPF）,则保证了轨迹跟踪误差的快速收敛,同时使系统具有很强的鲁棒性。通过对两连杆机械手的仿真研究,表明在存在模型误差和外部扰动的情况下,该方案既能达到高精度快速跟踪的目的,又能消除滑模控制的抖动问题。     

高斯干扰下GNSS信号码跟踪精度分析

码跟踪精度是导航系统兼容互操作评估的重要参数。为定量分析高斯干扰下GNSS信号的码跟踪精度,从常见的高斯干扰信号出发,针对CELP,NELP及DP环路模型,基于MATLAB软件对GNSS信号的码跟踪精度进行仿真分析,并给出了NELP及DP环路的CT-SSC表达式,同时对环路模型的CT-SSC及Cramer-Rao下界进行分析。仿真结果表明:在相同条件下,GNSS信号的码跟踪误差受高斯窄带干扰及宽带干扰比较明显,而在一定信干比范围内,受高斯匹配谱干扰和带限白干扰比较稳定;在DP环路下,GNSS信号的CT-SSC三维曲面较CELP及NELP显得“平滑”,相应的跟踪性能也最好。对GNSS信号的码跟踪性能进行分析,有助于给GNSS系统的兼容与互操作评估及现代GNSS接收机的设计提供重要参考;给出的NELP及DP的码CT-SSC表达式,可作为与CELP的CT-SSC进行并行分析的参照依据。     

Distributed tracking control of leader-follower multi-agent systems under noisy measurement

In this paper, a distributed tracking control scheme with distributed estimators has been developed for a leader-follower multi-agent system with measurement noises and directed interconnection topology. It is supposed that each follower can only measure the relative positions of its neighbors in a noisy environment, including the relative position of the second-order active leader. A neighbor-based tracking protocol together with distributed estimators is designed based on a novel velocity decomposition technique. It is shown that the closed loop tracking control system is stochastically stable in mean square and the estimation errors converge to zero in mean square as well. A simulation example is finally given to illustrate the performance of the proposed control scheme.     

仿生鳍条姿态测量及其误差分析

仿生鳍条是仿生机器鱼的核心运动机构,为提高其运动控制精度,针对其轻巧、微小的结构特点,设计了以质量轻、体积小、精度高的MEMS陀螺仪ADXRS290和ADXRS453为核心的仿生鳍条姿态测量系统,可实现仿生鳍条偏航角、俯仰角和滚转角的实时测量;针对仿生鳍条姿态测量中随机误差较大的特点,给出了一种以Allan方差为主的姿态测量误差算法,然后通过实验采集测量数据,定量分析了各运动姿态误差项;实验结果表明,角速率随机游走和零偏不稳定性是姿态测量的主要误差项,在后续误差处理中做针对性处理能提高姿态测量精度,对提高仿生鳍条运动效率有很大的意义。     

A new adaptive tracking control scheme of wheeled mobile robot without longitudinal velocity measurement

This paper proposes a new adaptive trajectory tracking control scheme of the wheeled mobile robot without longitudinal velocity measurement. First, based on a kinematic controller, we obtain a new tracking error equation, which is suitable to develop an adaptive controller. Then, we develop a new adaptive trajectory tracking controller, which does not need any accurate values of the wheeled mobile robot parameters, including the driving motor parameters. Moreover, as the longitudinal velocity measurement is still difficult, this controller is developed without longitudinal velocity measurement. In addition, this new adaptive controller introduces a method to improve the control performance. The stability of the closed‐loop system is presented using the direct Lyapunov method. Finally, numerous simulations verify the effectiveness of the new controller.     

The Indirect Shared Steering Control Under Double Loop Structure of Driver and Automation

Due to the critical defects of techniques in fully autonomous vehicles, man-machine cooperative driving is still of great significance in today’s transportation system. Unlike the previous shared control structure, this paper introduces a double loop structure which is applied to indirect shared steering control between driver and automation. In contrast to the tandem indirect shared control, the parallel indirect shared control put the authority allocation system of steering angle into the framework to allocate the corresponding weighting coefficients reasonably and output the final desired steering angle according to the current deviation of vehicle and the accuracy of steering angles. Besides, the active disturbance rejection controller (ADRC) is also added in the frame in order to track the desired steering angle fleetly and accurately as well as restrain the internal and external disturbances effectively which including the steering friction torque, wind speed and ground interference etc. Eventually, we validated the advantages of double loop framework through three sets of double lane change and slalom experiments, respectively. Exactly as we expected, the simulation results show that the double loop structure can effectively reduce the lateral displacement error caused by the driver or the controller, significantly improve the tracking precision and keep great performance in trajectory tracking characteristics when driving errors occur in one of driver and controller.