基于改进蚁群算法的高精度水声定位航路规划

精确的水声定位是进行海洋资源勘探、海底管道敷设、海洋地形测绘等海洋开发活动的前提。其中一类典型的定位目标是可发射周期声信号的固定信标。文章利用单个自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)对该类目标进行定位,其中一个关键问题是 AUV 的航路规划。传统的航路规划方法通常研究避障和路径长度最优化,未考虑定位问题的特殊性,而最终的定位精度是与航路息息相关的。因此,传统的航路规划方法容易导致所规划航路的定位精度较差。针对这一问题,文章在传统蚁群算法的基础上,首先引入 Bresenham 画圆算法规划圆形航路,保持定位目标处于 AUV 舷侧声呐视野范围内,避免信号缺失;同时在信息素设计中加入了定位精度因子,使得所规划的航路能充分考虑到定位精度。仿真实验表明,文中所提出的方法可以在传统航路规划避障能力、路径长度优化能力的基础上兼顾定位任务,提高针对声信标类目标的定位精度及定位鲁棒性。     

基于模糊神经网络的包装机械臂定位方法研究

目的 为提高包装机械臂的抓取精度,文中基于模糊神经网络设计一种包装机械臂定位方法。方法 将激光测距仪与工业相机融合,可实现目标点的初步定位并得到位姿偏差。以机械臂末端位置误差补偿为例,设计一种模糊神经网络控制器,可实现PID控制关键参数的在线调整以提高误差补偿精度。进一步地,采用果蝇优化算法实现神经网络控制器初始值的优化,可提高控制系统性能。最后,进行实验研究。结果 实验结果表明,机械臂定位算法可使最大绝对误差从7.704 9 mm下降到1.424 2 mm;平均绝对定位误差降低约82.5%;机械臂执行效率与对照组相当。结论 该定位方法可以大幅度提高包装机械臂定位精度,可满足包装、化工、食品等相关行业要求。     

长基线水声定位系统中一种迭代声速修正算法

长基线水下目标定位算法主要根据几何原理进行定位,目前常用的解算方法是根据几何原理列出方程组,直接对方程组进行解算得到目标位置的近似解。通过对长基线定位算法方程组的几何分析,选取不同几何交汇点作为目标近似解,比较各目标近似解的定位精度并找到最优解;同时依据解算算法及其几何关系,提出一种迭代声速修正算法,不但提高了同步工作方式下阵内目标点的定位精度,而且算法复杂度低,实现简单。最后,通过仿真分析验证了此算法的有效性。     

多浮标定位系统最优布站分析

针对多基地、多浮标定位系统,不同的布站方式、布站数量对系统定位误差均有一定影响。从定位误差方程推导出定位误差最优目标函数,探讨了在有限的条件下如何提高系统定位精度,给出了精度与布站数、布站距离、布站位置之间的关系。通过分析基本布站方式,以及布站方式与精度之间的关系,根据得到的分析方法,对三种布站方式进行了精度分析,得到了与实际情况相符的结果。通过Matlab仿真,给出了3～8个浮标与定位精度的效果图示,分析了布站数与定位范围、布站半径与布站面积之间的关系,并得到最佳布站方式及布站半径,在实际应用中具有较好的参考价值和指导意义。     

Target localisation techniques and tools for multiple-input multiple-output radar

This study presents a comparative study of coherent and non-coherent target localisation techniques for multiple-input multiple-output (MIMO) radar systems with widely distributed elements. Performance is evaluated based on closed-form solutions developed for the best linear unbiased estimator (BLUE) for each of the localisation methods. These estimators afford insights into the relation between radar locations, target location and localisation accuracy. In particular, the means squared error of the BLUE is factored into a term dependent on signal and processing characteristics and a term dependent on sensor locations. The latter is referred to as geometric dilution of precision (GDOP). The best achievable accuracy for the coherent case is obtained, and a comparative study with the non-coherent case is presented. MIMO radar systems with coherent processing are shown to benefit from a gain because of coherent processing among sensors. This gain is referred to as coherent localisation gain, and it is proportional to the ratio of the signal carrier frequency to the effective bandwidth (a large ratio for typical signals). The footprint of multiple transmit/ receive sensors results in a gain, referred to as MIMO gain, for both processing techniques. The MIMO gain is proportional to the product of the number of transmitting and receiving sensors. Analysis of the MIMO gain through the use of GDOP contour maps demonstrate the achievable accuracy at various target locations for a given layout of sensors.     

双矢量潜标被动定位方法研究

为了解决双矢量潜标交会定位法在基线区定位误差大的问题,根据定位方程推导了时差定位法和交会定位法在二维坐标系下的定位误差几何稀释的最简数学表达式。依据实际双潜标系统的测量误差,数值仿真给出了两种方法的定位误差分布的等高线图,对比分析可以得出,时差定位法能很好改善基线区的定位效果,而交会定位法在远离基线区时定位性能优于时差定位法,然后通过分析目标方位对定位精度的影响给出测角误差对定位产生很大影响的原因,与数学表达式分析结论吻合。最后将两种定位方法应用于实验数据处理中,验证了数值仿真分析的结论,为双潜标定位系统的实际应用提供参考。     

机床直线轴重复定位精度三维评价方法研究

重复定位精度是机床的一个重要性能指标，会直接影响加工产品的质量一致性。现有以直线轴运动方向的位置偏差作为评价指标的一维评价方法已经不适用于精密机床重复定位精度的评价。为了更全面地评价机床直线轴重复定位精度，提出了机床直线轴重复定位精度的三维评价方法，以球概率误差半径作为评价指标，将一维定位评价扩展到三维空间评价。首先，以卧式加工机床为例，通过齐次坐标变换建立了运动件单轴和机床的重复定位精度的数学模型，对现有一维评价方法的局限性进行分析。其次，基于卡方分布的性质，对球概率误差半径的计算过程进行简化。最后，通过简化的球概率误差半径计算方法对机床直线轴重复定位精度进行评价。以精密卧式机床的工作台为研究对象，通过实验对一维评价方法和三维评价方法进行了对比，结果表明，以球概率误差半径为评价指标的三维评价结果与定位点空间分布的离散程度基本一致。采用三维评价方法可以使机床重复定位精度的评价更加全面，可为机床整体性能的提升提供更可靠的理论指导。     

水下目标定位标校系统研究

为了给出水下目标的精确大地坐标,设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统,具有灵活方便的优点。研究了影响系统定位误差的相关因素,并分析了系统综合定位精度,编写了标校系统显控软件,将差分GPS数据和方位姿态数据进行数据处理,解算出水下基准位置坐标。对标校系统进行了陆上验证试验,结果表明作为模拟目标的水下位置基准定位误差小于1m,可为水声定位系统提供海上定位校验的位置标准。     

Tracking and localization for omni-directional mobile industrial robot using reflectors

In this paper, an improved tracking and localization algorithm of an omni-directional mobile industrial robot is proposed to meet the high positional accuracy requirement, improve the robot's repeatability positioning precision in the traditional trilateral algorithm, and solve the problem of pose lost in the moving process. Laser sensors are used to identify the reflectors, and by associating the reflectors identified at a particular time with the reflectors at a previous time, an optimal triangular positioning method is applied to realize the positioning and tracking of the robot. The experimental results show that positioning accuracy can be satisfied, and the repeatability and anti-jamming ability of the omni-directional mobile industrial robot will be greatly improved via this algorithm. The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-018-0216-y     

一种水下GPS系统及其在蛙人定位导航中的应用

研究了一种适用于蛙人导航的水下GPS系统。针对蛙人执行水下任务所需的高精度导航,提出了一种由主动声纳浮标作为定位基站的GPS定位系统,介绍了该系统基于延时测量的定位原理和求解方法,给出了Kalman滤波器和扩展Kalman滤波器的设计,并通过数值仿真进行了验证,结果表明：为提高定位精度,在定位解算的基础上进行滤波平滑是必要的。     

一种多天线阅读器定位系统

分析了基于射频识别(RFID)的定位系统的性能,针对现有的RFID定位系统在定位精度、效率、可靠性、成本等方面的不足,提出了一种采用多天线阅读器的定位系统。该系统利用多天线阅读器可扩大单个阅读器定位的覆盖范围,并可根据各接收天线检测的信号强度等信息实现对目标标签的精确定位。通过灵活选择发射天线,可以避免由于阴影效应而带来的信号盲区现象。和传统的单天线阅读器定位方法相比,多天线阵列阅读器定位系统在定位速度、定位精度和抗干扰性上都具有突出的优势。     

一种基于超短基线的声信标定位方法

针对在信标工作方式下常规超短基线定位方法因缺乏斜距信息无法对信标进行定位,提出了一种仅用目标方位信息来确定信标位置的方法.通过多次测量得到方位信息,建立了方位信息和目标位置的关系式,利用最小二乘方法获得信标在大地坐标系下的位置.湖试实测数据处理结果表明,在观测次数m较小的情况下得到的结果其定位精度和稳定性虽然不如应答工作方式下的常规超短基线定位方法,但解决了信标工作方式下无法定位的问题.若需提高定位精度,仅要增加观测次数m.     

水下高速目标航行参数遥测技术研究

对于高速、强机动的水下目标来说,其航行参数信息的实时遥测具有重要意义。水声信号的多普勒频移估计与补偿是水声遥测的关键技术之一,它直接影响着水声遥测的效果与性能。针对双曲线调频信号及线性调频信号进行仿真分析,对比在相同情况下的多普勒频偏可补偿性,仿真实验证明双曲线调频信号具备较高的多普勒容限,其时延值估计精度可达到1μs。结合工程实际,采用双曲调频信号与单频信号组合的方式进行水声遥测,充分发挥双曲线调频信号的多普勒不变性和单频信号对多普勒频移的敏感性,在获得较高定位精度的同时,也具备高精度的水声遥测功能。该组合信标信号经过湖上试验验证,具有遥测精度高、误码率低、易于实现等优点,可直接应用于相关水声工程中。     

基于几何参数标定的串联机器人精度提升

为了提升串联机器人绝对定位精度,提出了基于零参考模型(ZRM)的机器人几何参数标定方法。建立了包含方向矢量和连接矢量的机器人零参考模型;针对模型特点,利用改进遗传算法(IGA)优化求解零位方向分量和位置方向分量,给出了用IGA标定几何参数目标函数值计算方法及求解几何参数误差的具体步骤。通过对ER10L-C10工业机器人不同测点下仿真标定及实测研究结果表明:IGA方法能够快速对机器人ZRM的几何参数实现标定,当标定点设定为50个左右时,标定后的机器人在测试点的精度提升泛化能力较好,对ER10L-C10机器人在整个工作空间内实测标定其末端绝对定位精度提升约90%,该方法适于在有高定位精度要求的串联机器人中推广应用。     

三维环境下的工程图自适应优化技术

工程图纸是企业生产的重要依据,对三维环境下的工程图纸进行优化以符合企业的要求很有必要。论文利用模型与图纸的关联性,给出了以模型模板和工程图模板为基础的自适应优化原理。提出了模板定制的原则,并给出了模板普通定制与特殊定制的方法,为后续优化奠定基础。详细论述了实现自适应优化的几个关键技术,包括视图定位,比例匹配,尺寸定位与明细栏优化,获得了大型复杂装配体工程图良好的优化效果。     

直升机光电助降系统的双摄影测量算法及实验研究

基于信标的摄影测量定位技术,提出了一种用于光电助降系统的双摄影测量算法.利用两台CCD 摄像机探测直升机两侧各四个信标,建立目标坐标系、摄像机坐标系和图像坐标系,根据信标、镜头中心和信标像点的共线性得到关于旋转矩阵和平移矢量的线性方程组,由此计算出直升机相对于着降点的位姿.设计了一套直升机光电助降实验系统,使用高性能DSP 系统进行实时图像处理,运用双摄影测量算法实时计算直升机着降引导信息.模拟实验结果表明,在两摄像机距离着降点8～13 m 范围内,光电助降实验系统的距离测量精度达到±5 cm,而角度测量精度达到±3°.     

轴线测量与迭代补偿的机器人几何参数标定

为了提高串联工业机器人的绝对定位精度,提出了采用轴线测量与迭代补偿相结合的工业机器人几何参数标定方法。首先利用激光跟踪仪测量机器人单轴运动的轨迹,将所测轨迹点通过空间投影计算各轴线的位置;然后根据机器人模型参数的几何定义提取机器人模型的实际参数,并采用基于距离误差的迭代补偿方法进行参数标定效果验证。对埃夫特ER10L-C10工业机器人进行标定实验研究,结果表明:机器人绝对定位误差的最大值、平均值和标准差分别从补偿前的4.215、1.932和1.437 mm减小到补偿后的2.979、1.015和1.031 mm,该方法能够简单快速标定出机器人模型的实际几何参数,有效提高了机器人的绝对定位精度。     

基于并联机器人的块状食品包装定位方法

目的为提高包装过程中并联机器人定位精度。方法基于自抗扰控制设计一种机器人末端执行器定位方法。在传统并联机器人结构的基础上配置2台工业相机。根据双目立体视觉检测原理来确定块状食品在生产线上具体位置。为避免干扰因素降低机器人末端执行器抓取精度,设计一种自抗扰控制器,主要包括跟踪微分器、非线性反馈器、扩张状态观测器。最后,搭建实验平台并进行相关验证。结果实验结果表明,实际位置与抓取位置之间偏差距离的最大值为0.3 mm;平均误差只有0.20 mm。所设计自抗扰控制器与PID控制器相比,响应时间仅增加了1%,平均抓取精度却大幅提高。结论所述基于并联机器人的块状食品包装定位方法可使末端执行器在非常短的时间内到达指定位置;运动过程稳定、可靠,不会出现振动现象,可确保抓取精度。     

基于三维坐标的转台定位精度标定方法

随着应用领域的扩展,转台的形式变得多样化,针对传统的转台精度标定方法存在局限性的问题,提出一种基于三维坐标的转台定位精度标定方法,通过坐标测量设备测量定位点坐标值;利用最小二乘法得到空间圆方程;利用不确定度权值融合算法优化目标函数;通过坐标系变换消除轴向误差得到转台运动的角度值。分析了影响标定精度的因素,提出了优化方法。将该方法应用于一维和三维转台标定实验中,证明了该方法的可用性与便携性。     

利用相关峰内插时延估计提高四元阵定位精度

超短基线定位系统具有基阵尺寸小、易于安装等优点,被广泛应用于海洋科学领域。但超短基线作用距离短,远距离定位精度不高。为了改善超短基线的定位精度,在四元阵被动定位结构基础上,采用相关峰内插时延估计算法进行超短基线定位。仿真结果表明该算法能够较好地估计时延差值,有效改进定位精度。