单信标导航信号检测方法研究

单信标导航方法利用单一信标发射信号,在UUV端接收,通过对信号发射和接收之间的传输时间差的测量换算得到与信标的距离,再加上航行器的运动参量信息对当前位置进行解算。传输时间的测量采用同步方式,其中涉及到UUV与信标基时钟的对准、信号采集窗口的自适应调整、以及ToA的检测问题。ToA的检测方法在提高导航定位精度方面是一个十分关键的因素。为了简化系统,测距采用不带编码的信号。传统的在时域内通过阈值检测ToA的方法在水下无法使用,因为信号会淹没在复杂的噪声环境中。提出了运用短时傅里叶变换（STFT）的方法在时频域内对ToA进行检测,并设计了相应的信号波形。仿真结果表明该办法有效、可行。     

基于GNSS-A的海底目标高精度定位算法研究

为提高海底目标垂直方向的定位精度,在分析全球导航卫星/声学定位（Global Navigation Satellite System-Acoustic,GNSS-A）基本原理的基础上,提出基于动态观测的海底目标声学定位算法。针对动态观测中产生的双程传播时延问题,将其发射和接收过程分别考虑,并利用最小二乘（Least Squares,LS）法解算圆形对称观测数据,消除绝大部分系统误差和粗差对水平定位精度的影响;结合水平解算结果、高精度声学测距信息和实测声速剖面信息,开展声线跟踪（Sound Ray Tracking,SRT）并构造迭代,进一步减弱垂直方向误差,提高海底目标点的垂直定位精度。南海实验证明,采用本文方法可以有效减小声速误差对测距精度的影响,明显提高海底目标在垂直方向上的定位精度。     

矿井目标定位中移动信标辅助的距离估计新方法

为了降低测距不准对矿井目标定位精度的影响,提出一种移动信标辅助的距离估计方法 MBDisEst。该方法由安装有惯导设备或/和激光定位装置的瓦检员或矿车充当移动信标,它们通过与矿山物联网中的其他设备交换信息校准自身坐标。MBDisEst以移动信标和目标节点之间的相对运动和几何约束为基础,利用加权最小二乘法计算目标节点与虚拟信标的距离,可将静止和运动目标的距离估计统一在同一框架。仿真结果表明:MBDisEst的测距精度比TOA的测距精度高,其测距误差随移动信标速度的增大而增大,随移动信标通信半径的增加而减小,基于MBDisEst的定位方法具有较高的定位精度。     

基于小波包分析的声发射源定位方法

通过用小波和小波包对声发射信号进行分解,研究了声发射信号的频散现象,探讨了频散现象与声发射源距传感器距离的关系.为消除声速测量偏差给声发射系统带来的定位误差,利用该关系和在薄板中传播的Lamb波的频散现象,提出了一种在不知道发射源声速的情况下进行声发射源定位的新方法,且不必增加传感器的数量.以铅笔芯折断产生信号为模拟源进行了试验验证.结果表明,该方法可以比较准确地确定声发射源的位置,而且理论值与实际值相差很小.     

网络传感器阵列目标定距定向的影响因素研究

基于声阵列信号时延估计、双曲线目标定位方法,推导了平面任意三元阵目标定向、定距计算公式,并采用该公式对声传感器阵列定位应用中的时延估计误差、阵列孔径大小、阵元布放误差等因素造成的目标定距、定向误差进行了计算和分析研究. 计算结果表明:在同样的初始误差条件下,采用大孔径阵列可以显著降低定距及定向误差,且定向精度的需求比较容易满足而定距精度的需求较难满足.      

声频谱测井仪器的研制和野外实验

研制成功的声频谱测井仪器在井下发射和接收三种频率的声波信号,其中发射和接收20kHz声波信号的声系有一个发射和四个接收探头,源距为2.1~2.568m,间距为0.156m;发射和接收40kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距1.0~1.5m,间距0.5m;发射和接收10kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距为2.168~2.668m,间距0.5m.用三种不同的频率的声波进行测量记录目的是获得井壁径向深度不同处介质的声学信息,而且不同频率的声波信号在岩石中传播过程中频谱变化也是井壁岩层的可用声学信息.在井下的信息采集、数据传输、地面记录和监控全部由计算机控制.该仪器已经在大庆油田的三口井中成功的进行了野外实验.     

电离层对GPS测量的影响

GPS作为一种无线电导航系统,受到很多误差源的影响,即:卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径误差、接收机钟差和测量噪声等误差。其中,自从SA(Selected Availability)于2000年5月1日取消以后,电离层误差是最大的一项误差。电离层延迟对GPS定位的影响结果,主要体现在定位精度的降低和定位方法的限制等方面。电离层使接收到的GPS信号产生延迟,从几米到百米以上。如果不考虑这种影响,就会严重降低GPS定位和授时的精度。因此,电离层误差是GPS测量中的主要误差源,必须加以改正。本文介绍了电离层对GPS定位的影响,包括码群延迟(即绝对测距误差)、载波相位超前(即相对测距误差)、多普勒时延(即距速误差)以及信号衰减(即振幅闪烁),并论述了影响电离层密度的因素。     

基于RSSI测距的井下人员区域定位算法

在煤矿井下人员定位系统中,常用的是基于无线传感器网络的定位方法,其中最适合实际应用的是基于接收信号强度指示(RSSI)的定位方法.为了进一步提高定位精度,针对煤矿井下特殊的巷道结构和复杂的电波传播环境,首先提出信标节点均匀间隔交叉分布模型.然后根据已知信标节点精确位置求得定位区域内RSSI测距误差的权值,通过引入比例调整因子、距离修正因子和差分平均因子,对目标节点的测距误差进行修正,获得区域内信标节点与目标节点之间较精确的距离量,最后利用加权质心定位算法对目标节点进行定位.仿真结果表明,该算法能够有效的提高目标节点的定位精度,尤其在沿巷道走向的水平方向上比其竖直方向的精度更高,该方法更适合煤矿井下特定的线型结构环境.     

基于改进型粒子群优化的节点自定位算法

为了提高测距误差影响下无线传感器网络节点自定位精度,提出一种基于距离的节点自定位新算法.对混沌搜索与粒子群优化进行算法融合,给出一种改进型粒子群优化算法,将其应用于节点自定位.新算法利用未知节点与信标节点之间的距离信息,通过改进型粒子群优化算法获取未知节点的位置.仿真结果表明,改进型粒子群优化算法对两种标准测试函数的搜索结果优于一般的粒子群优化算法.在测距误差和信标节点数量相同的条件下,相对于最小二乘估计法,新算法在各个测距误差级上的定位精度更高,其定位误差随测距误差增大而上升的趋势更缓慢.新算法具有更好的鲁棒性,适用于测距误差较大、信标节点数量较少的情况.     

基于LMS自适应时延估计法的微地形测距系统研究

根据单波束超声波测距原理,向模拟海底钴结壳微地形的水池表面发射超声波,应用自适应滤波方法可以估计超声回波信号的时延,使最小均方误差（LMS）后的回波信号与参考信号之间方差达到最小值,此刻的延时量就是渡越时间t,从而求出探头与目标之间的距离。通过计算机仿真和试验结果表明,将最小均方误差自适应时延法应用于海底微地形高程数据的测量,获得测距精度高,能够适用于海底微地形的探测。     

桥梁声发射检测中的噪音特征及除噪技术研究

为了研究桥梁声发射检测中的噪音特征,并得到相应的除噪方法,在一座预应力钢筋混凝土公路桥的箱梁内部进行了声发射试验.通过对环境噪音声发射信号的波形图分析、参数关联分析、以及声发射源平面定位时定位组传感器所接收信号的逻辑分析,得到了环境噪音声发射信号的基本特征,并总结了相应的除噪方法.研究表明,通过设置合适的采集门槛以及采集频率范围,可以达到很好的除噪效果,另外,在进行声发射源定位时,利用声发射信号参数的逻辑关系分析,可以进一步滤除已经形成事件的环境噪音,同时,对定位图进行聚类,可以使聚类中心更趋于声发射源.     

基于四阵元基站的水下航行器自定位方法

随着智慧海洋理念的普及和人工智能技术的发展，自主水下机器人、水下滑翔机等水下航行器在海洋科学调查、资源勘测和信息获取方面取得了重大进展，为了满足小型低成本水下航行器智能感知、自主作业的实际需求，同时降低其自主定位成本，设计并实现了一种基于海底四阵元基阵的自定位方法．首先，针对水声信道的复杂性，设计了具有时频特征明显、高峰值功率的声学频率梳信号作为传输信号，仿真实验证明该信号具有可靠的稳定性和抗噪性；其次，结合倒置的超短基线定位原理，设计了布放在已知参考点的四阵元基站，各阵元发出相互正交的声频梳信号，水下航行器在基阵声学作用范围内接收各个阵元混叠的声学频率梳信号，利用匹配滤波法对各信号单程飞行时间进行粗测；最后，针对声学频率梳的时域和频域特性，推导了接收信号与飞行时间的关系，利用相关分析法对各信号单程飞行时间进行精测，进而获取航行器与基站坐标轴阵元的测距和测向结果，结合倒置的超短基线定位方法，实现航行器的位置实时解算．水下实验结果表明，本方法复用率高、可操作性强，水下航行器只需携带单个接收信标即可完成定位计算，进一步降低了成本和系统复杂度．同时，也证明了声频梳信号的高可靠性，可在水下航行...     

一种塔康信标扩展数据广播功能的方法

基于塔康信标发射信号占空比低的现状,提出扩展信标数据广播功能。通过分析系统信号格式,计算信标数据广播可用时间间隙。设计了一种广播信标识别码和坐标数据的方法,将数据按固定消息格式编码为脉冲序列,插在主基准群后播发,使信标可同时提供定位与数据广播服务。经仿真分析,增加该数据广播功能后,信标测距应答概率仅降低0.2%,发射信号带宽保持在300kHz内,测位精度没有发生变化。     

基于簇内RSSI测距改进的DV-Hop算法

针对DV-Hop定位算法在实际环境中的定位精度较低、通信量较大等问题,在DV-Hop定位算法的基础上提出了一种基于簇内RSSI测距改进的DV-Hop定位算法.该算法利用以信标节点为簇头的分簇策略后,信标节点只发送校正值给其邻居节点,无需泛洪广播,且未知节点只需被动接收,无需交互通信,从而降低网络通信总量;簇内节点利用RSSI测距方案计算其与最近信标节点的距离,相比DV-Hop定位算法以校正值代替一跳通信范围内的所有节点距离更加精确,从而提高节点定位精度.     

基于时间差映射方法的钢板声发射源定位

采用常用的到达时间法进行声发射源定位时,需假设波速恒定且声源与传感器的传播路径连续,然而在实际应用中,板中沿不同方向传播的声发射信号的传播速度可能不一致.据此,本文提出一种基于时间差映射的声发射源定位方法,该方法采用预构建数据库的方法,无需考虑波在板中的传播速度不一致及波的传播模态等问题,对传感器在板中布置的位置不做严格要求.该方法通过人工模拟声发射源,记录信号到达每个传感器的时间,求出不同传感器路径的到达时间差,在生成的时间差等高线图中筛选误差范围内的等时间差值,采用最小差异法寻找实际声源数据和训练映射数据之间差值最小的点,也就是声发射源的位置.本次实验在钢板上布置4个声发射传感器,随机选取8个点进行实验验证.对比到达时间法,时间差映射法的定位误差由1. 41%降至0. 38%,此方法的声源定位更加准确.     

基于单天线相位的UHF RFID室内定位算法研究

基于单天线相位的UHF RFID,采用双标签的定位方法,对室内定位算法进行了研究,结果表明:待定位目标边长距离在超过高频载波信号波长的情况下,有2个间距为1/2载波波长的无源标签附着于特定目标上。仿真表明:在三条路径、两条路径情况下,两步测距可估计平均定位误差;两步测距(副载波)方法也可估计平均定位误差;但两步测距(副载波)方法基于双标签定位中,无法确保阅读器与2个标签间距离大小关系。在三条路径、两条路径情况下,两步测距(副载波)方法误判率分别为17.45%、17.82%,两步测距(载波)方法误判率均为0,故两步测距(载波)方法可将定位误差降低,确保物品登记准确性。     

实时广义相关时延估计器

在水下航行体的测试中，通常采用被动定位方式获得航行体的运动轨迹，被动定位一般利用空间关系已知的3个或3个以上的水听器来接收目标的辐射噪声，由时延估计器求得这些噪声信号间的相对时延，从而实现目标定位，广义相关时延估计器是其中具有重要价值的一类时延估计器，但是，由于所处理的信号是随机信号，其频谱结构起伏大，时变性强，且存在环境噪声的干扰，其先验权函数难以预知，因而极大地影响了估计器的性能，为了解决这一问题，提出了实时权函数估计算法，并设计了多DSP并行处理系统加以实现，通过在不同时间和水域对不同水下航行体的实际测试检验了估计器的有效性，实际应用表明，该广义相关器在目标源信号谱结构变化时时延估计性能基本不受影响，具有稳健的时延估计性能和自适应能力。     

基于DV-Hop和距离几何约束的定位算法

针对DV-Hop定位算法的误差主要是计算未知节点和信标节点间距离的问题,利用二维空间的Cayley-Menger行列式提供的几何约束对未知节点到信标节点的距离进行优化修正.通过距离几何约束的条件对未知节点到信标节点之间的测量值进行处理,来减少未知节点到信标节点的测距误差,并采用三边测量法进行定位.仿真实验结果表明,随着...     

无线传感器网络中基于RSSI差值的改进定位算法

无线传感器网络(WSN)的许多应用都需要知道节点的位置,在某些环境下还需要获得节点的相对位置.本文以WSN的特点为基础,首先介绍了接收信号强度的理论知识,进而提出一种优化的基于测距的定位算法:在应用中的多用户情况下,节点采用多跳方式进行通信,在信标节点冗余的情况下,针对不同信标节点位置范围,建立定位误差最小的相应信标节点库,继而对不同位置范围的待测节点优化选取其定位采用的信标节点,最后将由未知节点接收到的信号强度得到的多用户间的距离进行差值,优化求解非线性方程组,提高算法性能.仿真结果表明,本文中的RSSI WSN差值定位算法比传统的RSSI定位算法拥有更好的定位性能.     

玻璃钢和两端金属对三分量阵列感应水平分量的影响研究

考虑不同地层电导率情况下玻璃钢和两端金属体存在时的物理问题,通过COMSOL有限元数值计算分析玻璃钢半径、两端金属体长度和距离变化对三分量阵列感应水平接收信号的影响规律。结果表明,玻璃钢的存在减少了发射线圈与接收线圈之间的涡流,增大了水平线圈接收信号;金属长度的变化对各子阵列的影响可以忽略;两端金属体对接收信号的影响与周围地层的电导率有关,绝对误差与地层电导率近似成正比关系;金属与最近端线圈距离大于0.3 m时,各子阵列测量信号受金属影响可以忽略。