基于双探测器的手持式激光测距仪系统设计与实现

针对传统激光测距仪测距精度低、成本高以及速度慢等问题,设计一种基于双探测器的手持式激光测距仪。该测距仪使用分束镜实现光路内校准,设计检相电路将信号相位转变为带有相位信息的直流电平,并使用CORDIC数字计算方法求解相位,最后应用基于超定方程组的测距解模糊算法求解待测距离,对3台双探测器测距仪和2台K60测距仪以精度0.18 mm进行测距比较试验。研究结果表明:与传统测距仪相比,光路内校准可以消除电路附加相移,检相算法简单快速,解模糊避免对最优距离的搜索,因此提高了测距精度和测距速度。在0~60 m的测程内,3台双探测器测距仪的平均测距时间小于1.8 s,平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm。与K60系列测距仪相比,双探测器测距仪测距精度和测距速度都有较大提升,验证了该设计方案的可靠性。     

大跨径桥梁挠度测量新方法研究

提出了一种以测量机器人为采集器,通过获取合作目标的几何信息进行桥梁挠度测量的新方法,从测量系统误差、偶然误差两个方面分析了测量机器人的测角及测距误差,并探讨了竖直角、视距对挠度测量误差的影响,同时依据最小二乘原理分析了该方法的测量精度.经分析得知:如果仪器至后视点距离小于150 m,至目标点距离小于200 m,挠度测量精度将优于±1 mm.在实际工程中,该方法测量的挠度值与电子水准仪测量的挠度值差异小于0.22 mm,相对误差小于3.3%,表明该方法在大跨径桥梁检测中完全能满足测试要求.     

信号相位匹配原理的正弦信号参数的最小二乘估计

根据信号相位匹配原理,提出了一种正弦信号频率、振幅和相位参数的最小二乘估计方法.推导了利用单传感器接收信号的参数估计的最小二乘估计计算公式,给出了已知频带内的未知频率,振幅和相位的信号参数估计的搜索算法.分析了最小二乘法使用的方程数、信噪比和采样频率确定后FFT的序列长度对参数估计精度的影响.理论和仿真结果说明,该方法不仅能降低估计频率带宽以外的噪声,而且还可降低被估计频率信号带宽内的噪声,提高了低信噪比时的信号参数估计精度.该算法简单、快速,具有工程应用前景.     

基于噪声特征的高精度脉冲相位估计方法

建立了脉冲相位估计模型,提出了加权非线性最小二乘方法,利用脉冲轮廓噪声的统计特征构造了最优加权矩阵,分析了提出方法的理论精度和计算复杂度,并与克拉美-罗下界进行比较.数值仿真和实验表明:提出的方法具有最小方差的渐近无偏估计,当观测时间较长时,该方法的性能优于非线性最小二乘方法,接近最大似然方法,但计算复杂度要明显低于最大似然方法.对于Crab脉冲星,当观测时间为80s时,该方法的距离估计误差比非线性最小二乘法小400m.     

双最小二乘支持向量数据描述

为了提高标准支持向量数据描述的分类精度和分类时间,构造双最小二乘支持向量数据描述,并对比分析在不同样本集上的分类性能以及分类性能随参数和样本规模的变化。在训练阶段,双最小二乘支持向量数据描述应用等式约束代替标准算法中的不等式约束,通过求解线性方程组而非凸二次规划得到正负2类样本的超球形描述边界,进而设计一个分段函数作为分类规则;在测试阶段,计算待测样本到正负2类样本的最小包围超球球心的距离,并根据距离的最小值选取相应的分类规则。数值试验结果表明双最小二乘支持向量数据描述的有效性和优越性。在基准数据集上,双最小二乘支持向量数据描述的分类精度比标准算法高1.68%,而分类时间仅为标准算法的16.51%;在正态分布数据集上,双最小二乘支持向量数据描述具有比标准算法高的分类精度和短的分类时间,而分类时间上的优势在大规模样本集上更加明显,其在2 000个和10 000个样本集上的分类时间为标准算法的78.06%和18.69%。     

渐进提高精度的载波相位测距技术

提出了一种静止、可视两目标之间基于载波相位高精度测距技术:第一步,借助GPS、伪随机码相位自主测距或超宽带等辅助测距手段得到一个距离粗测值和测量精度;第二步,基于已有距离粗测值和测量精度选择载波频率对,消除基于载波相位测距时引入的整周模糊度问题,然后基于载波相位双-单边测距技术,并借助伪码相位消除两目标上面载波相位观测时间差,得到一个精度更高的距离测量值;基于新得到的距离测量值和测量精度,重复第二步过程,渐进提高测距精度直到满足需要的精度为止。理论分析和现有工程技术实现表明,最终测距精度可达微米级。     

基于中国剩余定理的Wi-Fi室内精密定位新方法

针对当前室内无线局域网Wi-Fi定位方法定位精度不高的问题,提出了一种基于中国剩余定理的Wi-Fi室内载波相位精密定位新方法。该方法通过深入探究Wi-Fi技术体制对于提升测距性能的潜在辅助效能,在不改变商用硬件结构的前提下,根据Wi-Fi信号多频调制的特性,利用多个频点的载波相位测量值构建同余式组,并基于中国剩余定理进行解算实现测距,有效消除了载波相位测距中的整周模糊度,并对所提方法的测距精度、噪声敏感等问题进行了分析,给出了一种提升测距精度并降低噪声敏感性的方法。根据实际定位应用需求,分别配置载波频率、SNR、和量测距离,搭建仿真系统,该方法与现有的RSSI和TOA测距各进行100次对比仿真实验,仿真结果表明,在20 dB SNR和25 m量测距离的条件下,所提方法的平均测距精度为8.8 mm,明显优于现有通用Wi-Fi定位方法,具有很好的理论和实际应用价值。     

一种全相位FFT法的高精度相位测量仪设计

针对传统相位测量仪结构复杂、精度低的缺点,提出了一种全相位快速傅里叶变换(FFT)法的高精度相位测量仪设计方案。该方案以高性能Cortex-M4内核的STM32F407VGT6作为系统核心,利用高速同步AD7606获取相位信号,采用高精度的全相位FFT法进行相位计算,并通过以太网接口实现数据的远程传输和显示。实验结果表明:采样点数取1 024,测相位为0°～360°,测频为1 Hz～60 kHz时,实际测量误差小于0.003°,响应时间小于1.0 s。     

一种高精度相位激光测距方法的实现

在众多的测距方法中,激光测距因其良好的精确度特性而广泛应用在军事和民用领域.实现了一种针对合作目标的正弦调幅激光相位测距方法,使用CPLD和单片机,利用脉冲填充法提高了测距精度.此方法设计的测距仪具有系统简单、响应速度快和精度高等特点.     

一种单模垂直腔面发射激光器自混合测距系统研制

研究了一种小调制高精度单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)自混合测距系统,根据单模VCSEL的特性曲线可知,其波长Δλ/ΔI非线性失真严重,且与调制电流幅度ΔI大小相关,该特性严重地影响系统的测距精度.通过对单模VCSEL进行小电流幅度调制以及采用专用的光电信号处理技术,明显提高了系统的测距精度.实验结果表明当使用调制电流幅度ΔIp-p=0.28 mA,调制频率fm=500 Hz对单模VCSEL进行频率调制,并且应用差频模拟锁相环(APLL)处理带有相位突变的自混合拍频信号,在采样时间为0.1 s,系统测距动态范围为50～500 mm,测距精度优于2 mm.     

采用多载波相位测距的Wi-Fi精密定位方法

针对当前室内无线局域网Wi-Fi定位方法误差大、需要额外辅助设备的问题,提出了一种基于多载波相位测距的Wi-Fi精密定位方法。在测距环节,通过中国剩余定理求解多载波相位同余式组实现了距离重构,并给出了一种采用同差处理以降低算法噪声敏感性的方法;在定位环节,基于最小测距误差平方和准则,将带有误差的多边测距定位问题转化为受约束的二次最优规划问题,实现了分米级的Wi-Fi定位。实验与仿真结果均表明,所提方法的测距精度可达mm级,定位精度在dm级,较主流MUSIC Wi-Fi定位方法3~5m的定位精度提升了4倍以上。     

桥梁断面气动导数识别的修正最小二乘法

分析了最小二乘原理应用在桥梁断面气动导数识别中存在的问题,提出了气动导数识别的修正最小二乘方法.为防止由噪声信号所造成的非线性参数迭代求解时出现的发散现象,提出应用进度因子的措施.通过对实测数据模态参数识别的验证,表明修正最小二乘方法比其他识别方法具有更好的可靠性和强健性,收敛速度也更快.此外,在为最小二乘法设定复频率初始值时,引入了考虑噪声影响的时域识别法,提高初始值的精度,对最小二乘法的迭代有利桥梁断面气动导数识别的修正最小二乘法@丁泉顺@陈艾荣@项海帆     

最小二乘法在测配色中的应用

尝试用最小二乘法求解测配色过程中的K／S—℃曲线拟合问题和测配色中的初始理论浓度配方问题，并通过实验证明此算法求解出的理论值与真宾值之间的色差值是很小的。     

利用信号相位匹配原理抵消相干干扰的性能分析

首先介绍了三元阵的信号相位匹配原理,根据该原理得出信号相位匹配原理提取期望信号的条件;然后研究了利用信号相位匹配原理抵消相干干扰的性能,分析了干扰谱幅度起伏对信号相位匹配原理的影响,推导了干扰谱幅度起伏时提取出期望信号误差的表达式;接着指出基阵接收到的随机噪声可以等效为干扰频谱的起伏;最后根据通常基阵的阵元都大于三个的这一实际情况,提出两种充分利用基阵冗余阵元来减小随机噪声影响、提高抵消干扰性能的方法:三子阵法和最小二乘法。仿真结果证明,三子阵法和最小二乘法的性能远高于三元阵法;最后指出三子阵法运算量小于最小二乘法,但三子阵法适用于均匀线阵列,而最小二乘法适用于任意阵型。     

一种高精度相位激光测距方法的实现

在众多的测距方法中,激光测距因其良好的精确度特性而广泛应用在军事和民用领域。本文实现了一种针对合作目标的正弦调幅激光相位测距方法,使用CPLD和单片机,利用脉冲填充法提高了测距精度,以此方法设计的测距仪具有系统简单,响应速度快和精度高等特点。     

电力电缆的自清除瞬时故障测距研究

针对目前电力电缆的自清除瞬时故障很难通过传统的过电流保护继电器进行监测,提出一种基于电缆电流、电压测量的单相接地瞬时故障测距方法。通过建立电缆故障模型,采用非负最小二乘拟合法求解故障期间的微分方程组进行故障测距,计算故障距离和故障电阻;然后使用统计工具分析历史故障记录作出最终的故障处理决策;最后应用ATP/EMTP软件进行仿真校验,并在小配电网中验证故障测距算法的有效性。研究结果表明:该算法具有较高的精度,为电力电缆瞬时性故障测距提供了一种新的思路。     

解线性最小二乘问题的2个混合交替CQ算法

给出2个改进的混合交替CQ算法求解线性最小二乘问题.许多学者研究这个问题并提出了各种各样的算法去解决它.混合交替CQ算法在科学领域有着广泛的应用,它起源于相位恢复、医学图像重建、强度可调放射疗法、信号工程和X光断层摄影技术.给出2个新的算法的弱收敛性证明,作为应用考虑将其求解线性最小二乘问题.     

基于模拟退火的相位测量轮廓术随机相移误差校正

建立任意步长的随机相移误差校正模型,采用模拟退火算法完成随机相移误差的优化估计,利用最小二乘法推导出求解截断相位的新算法,并给出计算机模拟和不同算法的试验结果.仿真结果表明,所提出的算法能准确地优化出随机相移误差,提高了测量精度.     

基于信号到达时间的UWB定位算法

首先分析讨论了两种基于信号到达时间的超宽带定位方法--最小二乘法和DFP算法,最小二乘定位方法计算简单,但在存在测距误差的情况下定位精度较低;DFP算法的定位结果通常与初值有关,还易陷入局部最优点.因此,作者提出了基于遗传算法的UWB(超宽带)定位方法,通过与前两种算法进行仿真分析和比较,表明该方法能有效提高定位精度.     

时间序列AR模型参数的积分求解法

基于对时间序列实质的分析，提出了旨在减少序列的随机误差影响以及提高拟合精度的ＡＲ模型参数的积分求解法．重点讨论了ＡＲ（１）模型及ＡＲ（ｐ）模型参数的积分求解法，并与最小二乘法在计算机上进行了仿真比较．结果表明，采用积分求解法所得的ＡＲ模型参数的估计精度比最小二乘法的高．