固定双桨驱动的无人水面艇自主直线路径跟踪系统

针对直流电机驱动固定双桨的无人水面艇,介绍了一种自主直线路径跟踪系统,该系统由岸基监控系统和艇载控制系统组成,具有自主航行和遥控航行两种工作模式,可在自主航行出现危险时切换到遥控模式,保证航行安全。岸基监控系统通过数传电台与艇载控制系统通信,向艇载控制系统发送控制命令,接收并显示其传回的状态信息;艇载控制系统以工控机为主控单元,进行数据采集与解算,与岸基监控系统通信,并为直线路径跟踪控制算法提供程序接口;GPS双天线高精度测向定位系统为直线路径跟踪控制算法提供位置和航向信息,直线路径跟踪控制算法根据距离偏差和航向偏差计算出左右两侧电机电压,进而控制无人水面艇航行。实验分别采用了PID、模糊控制和模糊PID三种控制方法,系统实际水上实验表明,在风力2~3级,晴到多云天气条件下,无人水面艇对目标路径的最大跟踪误差小于0.6 m。     

基于移动地理信息系统的油气管道工程量统计系统的设计

为了快速准确获取油气管道线路铺设的工程量,将移动地理信息系统( GIS)技术应用到管道线路方面,利用其空间数据获取功能和其可嵌入性的优点,设计基于移动GIS的油气管道线路工程量的获取统计系统。该系统利用GPS定位技术智能化地获取显示预设管道线路路况和周边地理信息,并利用获取的空间数据通过图形近似化算法快速地计算出管道线路铺设工程量,通过Dijkstra算法选出最优路径,为油气管道的选线提供有力依据,并且可以为管道选线人员和野外数据采集人员提供远程交流服务。该系统的应用将大大减少油气管道选线的时间和工作量。     

基于MIMU和磁力计的姿态更新算法研究

针对传统人体姿态解算算法中存在MEMS陀螺误差发散快的问题,提出一种基于微惯性测量单元( MIMU)及磁力计信息融合的姿态解算算法。该算法利用互补滤波结合PI调节控制完成陀螺零偏校正,然后在加速度计和磁强计的辅助校正下,通过EKF( Expand Kalman Filter)滤波器更新四元数法实现陀螺姿态解算。本算法采用MPU9150传感器模块完成测试实验,实验中对比分析了单独扩展卡尔曼滤波算法与本算法的滤波效果。实验结果表明,本算法能够有效地抑制陀螺的发散,实现稳定地输出高精度姿态数据。     

基于多通信半径的加权DV-Hop定位算法

DV-Hop定位算法是无线传感器网络中一种常用的基于非测距的定位技术,该算法使用平均跳距表示实际距离,在实际应用中造成很大的误差和节点能耗。为此,分析了加权DV-HOP 定位算法,并在加权算法基础上,引入多通信半径广播方法细化节点间的跳数,最后提出了一种基于加权DV-HOP的改进型RWDV-Hop定位算法。仿真结果证明,加权DV-HOP在定位精度上比DV-HOP算法提高了7.3%,改进型RWDV-HOP在定位精度上比加权DV-HOP算法提高了6.7%。     

基于Lévy飞行特征的蝙蝠算法及其在WSN定位中的应用

针对蝙蝠算法收敛易早熟、收敛速度慢等不足,提出一种改进的基于Lévy飞行特征自适应的蝙蝠算法。采用Lévy飞行策略取代原算法中蝙蝠飞行速度和位置的更新方式,充分利用Lévy飞行的重尾效应,有效避免局部最优值的吸引,加快了收敛速度,达到寻优能力和搜索能力的平衡。在无线传感器网络自身定位应用中,把定位问题转换为一个全局优化问题,使用改进的算法进行定位计算。通过Zigbee平台的实验表明,改进后的算法在不同空间位置的定位精度更高,收敛速度更快。算法实现条件简单、精度高,具有较高的实际工程应用价值。     

用于阵列流型快速测量的宽带方法

阵列流型是传声器阵列信号处理的重要参数,直接影响阵处理性能。阵列流型与传声器的一致性、阵列结构和使用环境等密切相关,已有方法按照频率和角度逐一完成测量,但耗时是密集频率宽带测量的突出问题。论文提出了一种传声器阵列流型宽带测量方法：通过分析宽带信号在离散傅里叶变换之后各频率数据的相关性,提出根据非相关性原则构造宽带测量源信号,并在数据处理中运用FFT算法,综合实现了阵列流型的快速测量。通过在半消声室内的实测证明了论文方法的高效性。方法具有重要的工程应用价值。     

一种空间查询高效的无线传感网络路由协议

在以数据为中心的大规模无线传感网络中,感知数据查询通常以空间查询为主,而感知节点携带能量极为有限,因此提高感知数据空间查询能量利用效率尤为重要。 GeoGrid协议是一种完全基于地理位置信息的路由协议,适用于大规模无线传感网络应用场景,但其空间查询效率较低。针对大规模空间查询应用场景,从成簇方式、簇首选举、网络拓扑层次构建及路由策略等方面对 GeoGrid 进行优化,提出一种基于四叉树结构的空间查询能量高效的无线传感网络路由协议———QuadGrid,并对 GeoGrid、QTBDC 及 QuadGrid 的空间查询能耗进行仿真分析。实验结果表明,与 GeoGrid、QTBDC 相比, QuadGrid网络能耗更均衡,网络生命周期更长,空间查询更高效。     

基于山区地形的无线传感器网络三维定位机制

针对三维DV-hop无线传感器定位算法在实际地形中定位时误差较大的问题,提出了根据山区地形的网格数据进行较近点投影校正的无线传感器网络非测距三维定位算法。经典的三维DV-hop算法求出未知节点位置后,在该节点附近搜索3个离该节点较近且非共线的山区地形网格上的点,将该节点向上述3个点确定的面进行投影,投影点即为校正后的未知节点位置。山区地形多场景实验表明,该方法较大幅度减小了定位误差。     

6LoWPAN接入互联网的自适应联合网关的设计与实现

无线传感器网络与互联网结构的差异使得两者在接入与数据包处理等方面都面临着一定的技术难点。针对基于IPv6协议的低速无线个域网6LoWPAN( IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network)与互联网接入方式的问题,用无线射频接入方式代替串口通信方式,提高通信过程中通信速率。同时结合无线传感器网络技术、嵌入式技术、轻量级网络地址转换/协议转换技术uNAT-PT(Micro Network Address Translation-Protocol Translation)、站间自动隧道寻址协议技术ISATAP(In-tra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol)和进程间通信IPC( Inter-Process Communication)机制,在网关处实现了两者之间的自适应适配互通机制,优化数据包流向问题。实验结果表明,无线射频接入方式与协议适配的自适应数据包调度机制能够提高通信过程中的通信速率,减少网络时延,优化网关通信性能。     

电磁超声检测钢板厚度实验的参数优化

为提高电磁超声检测信号的信噪比,研究激励信号频率、脉宽及换能器提离距离对厚度测量结果的影响,搭建了电磁超声实验系统。该系统利用RITEC-SNAP 5000产生高能正弦波激励电磁超声换能器EMAT ( Electromagnetic Acoustic Trans-ducer),通过调节激励信号的频率、脉宽,改变提离距离来观测超声回波幅度的变化。实验结果表明：当激励频率和EMAT固有频率相同时其换能效率最高,采用6个周期的脉冲串时前后波包之间分界明显,为获得较大的回波幅度应尽可能减小提离距离。