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冬奥会国家速滑馆超大地坪平整度快速测量

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第3期47卷 325-333页

作者：李清泉吕世望陈智鹏殷煜张德津深圳大学广东省城市空间信息工程重点实验室广东深圳518061 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518061 深圳大学建筑与城市规划学院广东深圳518061

施工期平整度测量对地坪施工质量的控制与评估具有重要意义。采用靠尺或水准仪的传统地坪平整度测量方法存在测点稀疏、效率低等不足,难以适应超大地坪施工期平整度快速、精细的测量需求。提出了一种全站仪与惯性导航系统(inertial navi... 详细信息

施工期平整度测量对地坪施工质量的控制与评估具有重要意义。采用靠尺或水准仪的传统地坪平整度测量方法存在测点稀疏、效率低等不足,难以适应超大地坪施工期平整度快速、精细的测量需求。提出了一种全站仪与惯性导航系统(inertial navigation system,INS)融合的平整度快速测量方法,通过卡尔曼滤波融合全站仪和INS数据,解算小车运动轨迹,根据轨迹点的高程计算平整度指标,发明研制相应的测量设备,应用于2022年北京冬奥会国家速滑馆冰面混凝土基底施工期平整度检测。实验结果表明,所提方法精度与水准仪相当,而测量效率显著提高,不仅能对地坪施工期整体平整度质量进行评估,而且可以对平整度异常进行检测和定位,为地坪的磨平工作提供指导,具有良好的工程价值。

关键词：地坪平整度全站仪惯性导航系统卡尔曼滤波融合快速测量工程测量

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基于时频差及测向的协同定位跟踪技术研究

基于时频差及测向的协同定位跟踪技术研究

作者：李晓莎西南交通大学

学位级别：硕士

现代战场的电磁环境越来越复杂,传统的有源定位技术往往无法准确测得目标位置信息,且容易暴露自身的位置。与有源定位技术相比,无源定位技术具有优良的定位性能及较强的战场生存能力,已成为现代战场环境下采用的一项关键技术。无源定位... 详细信息

现代战场的电磁环境越来越复杂,传统的有源定位技术往往无法准确测得目标位置信息,且容易暴露自身的位置。与有源定位技术相比,无源定位技术具有优良的定位性能及较强的战场生存能力,已成为现代战场环境下采用的一项关键技术。无源定位主要包括无源时差、频差及测向交叉定位三种基本的定位技术,该技术是通过接收来自目标辐射源的信号来对目标进行定位,观测站本身不发射信号,因此其隐蔽性高,观测的范围广,且定位精度高。但是,单手段的无源定位技术由于其接收的信号单一,存在诸多局限性,因此多种无源定位技术的协同定位是未来战场的必然趋势,在军事领域有广阔的应用前景。为此,本文在以下几个方面对基于无源时频差及测向的协同定位跟踪的相关技术展开了研究。首先,本文对几种基本无源定位技术开展了研究,主要对无源时差（TDOA）、频差（FDOA）、测向交叉（AOA）定位的原理和定位精度进行了理论及仿真分析,研究了影响不同定位技术定位精度的因素,并对GDOP进行了仿真分析。文中还分析研究了卡尔曼滤波的相关技术,以及基于卡尔曼滤波的融合算法,包括基于卡尔曼滤波的序贯融合算法和基于卡尔曼滤波的直接分布式融合算法。然后,研究了卡尔曼滤波技术在无源时差、频差及测向交叉定位中的应用。通过建模及算法分析,研究了扩展卡尔曼滤波在采用无源时差、频差及测向交叉技术进行定位跟踪时的使用方法,并对跟踪算法的性能进行了仿真分析,对比了真实轨迹与滤波轨迹,研究了不同测量误差对跟踪精度的影响。同时,对比了扩展卡尔曼滤波技术和无迹卡尔曼滤波技术在基于时频差及测向交叉的目标定位跟踪中的跟踪性能,验证了两种滤波技术的有效性。最后,在上述研究的基础上本文研究了现有的基于二次估计的时频差的协同定位跟踪技术,并针对该技术在时差定位中存在的模糊度问题进行了改进,提出了基于二次估计的时频差及测向交叉的协同定位跟踪技术。基于二次估计的TDOA/AOA-FDOA的协同定位技术与TDOA/FDOA的协同定位技术的主要区别在于首先要使用TDOA/AOA混合定位方法,在混合定位的过程中,使用集中式卡尔曼滤波序贯融合算法将测得的时差数据和角度数据进行第一次融合,得到目标位置的第一次估计。然后将得到的目标位置估计值代入到FDOA无源定位算法中,可以求解出目标的速度信息,再将其代入目标状态方程中,即可得到目标位置的第二次估计。最后,利用直接式分布卡尔曼滤波融合算法将两次估计的结果进行融合,即可得到最后的位置估计。通过将单手段无源定位跟踪技术、现有的联合定位技术与本文改进的协同定位跟踪技术进行仿真对比,结果表明,改进的基于二次估计的时频差及测向的协同定位跟踪技术获得的目标位置更加精确,可靠性更高。

关键词： TDOA AOA FDOA 卡尔曼滤波融合协同

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大动态电流下电机控制技术研究

大动态电流下电机控制技术研究

作者：施崇阳中国科学院研究生院（光电技术研究所）

学位级别：硕士

光电跟踪系统在跟踪机动目标时,需要保证较高的跟踪精度和跟踪速度,在低仰角跟踪时,机架电机电流小变化小运行平稳,对跟踪精度影响较小,跟踪精度较高,然而在高仰角快速跟踪时,机架电机电流变化剧烈,一方面电机电流环带宽限制导致速度环... 详细信息

光电跟踪系统在跟踪机动目标时,需要保证较高的跟踪精度和跟踪速度,在低仰角跟踪时,机架电机电流小变化小运行平稳,对跟踪精度影响较小,跟踪精度较高,然而在高仰角快速跟踪时,机架电机电流变化剧烈,一方面电机电流环带宽限制导致速度环和位置环跟踪速度下降,另一方面电流检测方法限制导致电流测量精度下降,最终导致跟踪系统跟踪精度的下降。因而本文从上述两个方面着手展开研究,提出调制波增量估计即时更新算法以扩展电流环带宽,用载波周期中点和起点处电流采样值等效基波电流采样值以降低二倍载波频率谐波,将集中式卡尔曼滤波应用于多电流传感器采样数据融合中,获得了较高的测量精度。本文首先分析推导了永磁同步电机控制理论以及空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,论述了id=0控制的原理,由此将id=0控制与空间矢量脉宽调制算法结合起来,给出了SVPWM波生成步骤,为永磁同步电机控制的实验验证做出理论指导。进而推导了电流环传输函数,分析了反馈延时和前向延时对带宽的影响,在分析比较了几种PWM波更新方式的基础上,提出了调制波增量估计即时更新算法,减小了电流环前向延时,相比于传统SSSU(单次采样单次更新)方式扩展了永磁同步电机电流环带宽3倍左右,提高了速度环和位置环的跟踪精度和跟踪速度。然后本文推导出在同步采样下,基波电流的采样值可以等效为在载波周期的起点和中点的电流采样值,大幅减小了电流二倍载波频率处谐波以及高次谐波,采用多传感器对电机电流进行采样,将集中式卡尔曼滤波融合技术应用于不同量程和精度的电流传感器数据融合中,在保证实时性的前提了获得了最小的均方误差,在较大量程内获得了高测量精度,并通过实验进行了验证。最后在DSP/FPGA实验平台上实现了调制波增量估计即时更新算法,测量相频和幅频响应验证了电流环带宽扩展理论分析的正确性和可行性。

关键词：永磁同步电机空间矢量脉宽调制电流环带宽扩展调制波增量估计同步采样电流谐波分析卡尔曼滤波融合

基于UWB和惯性导航技术的无人车融合定位方法

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电子质量 2023年第1期 1-6页

作者：商伟鹏沈鸿平刘斌辉徐华伟陈超英周茂杨工业和信息化部电子第五研究所广东广州511370 智能产品质量评价与可靠性保障技术工业和信息化部重点实验室广东广州511370

针对基于超宽带(UWB)的无人车定位波动大和定位误差大的问题,提出了一种加权递推平均滤波和卡尔曼滤波相结合的定位算法。首先,建立了一套UWB基站定位系统,用于采集无人车UWB定位数据信息;然后,利用加权递推平均滤波算法对UWB定位数据... 详细信息

针对基于超宽带(UWB)的无人车定位波动大和定位误差大的问题,提出了一种加权递推平均滤波和卡尔曼滤波相结合的定位算法。首先,建立了一套UWB基站定位系统,用于采集无人车UWB定位数据信息;然后,利用加权递推平均滤波算法对UWB定位数据信息处理,提升定位结果的稳定性;最后,结合无人车惯性导航信息对加权递推平均滤波算法处理后的结果进行卡尔曼滤波融合,得到最终的定位结果。经过无人车静止和移动场景的多组定位测试,结果表明,静止场景下加权递推平均滤波算法处理后定位均方根误差平均降低了13.3%,稳定性得到了一定的提升;移动场景下,采用加权递推平均滤波和卡尔曼滤波融合算法处理后,直线运动和圆周运动时的定位均方根误差平均分别降低了41.6%和38.4%,定位的稳定性和准确度得到有效的提升。由此证明了所提出的方法的有效性,具有一定的推广使用价值。

关键词：无人车超宽带定位加权递推平均滤波卡尔曼滤波融合数据融合

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基于手机传感器的定位技术实现

测绘 2022年第5期45卷 195-200页

作者：熊晶中国地震局地震研究所湖北武汉430071 中国地震局地震大地测量重点实验室湖北武況430071 湖北省地震局湖北武汉430071 武汉地震计量检定与测量工程研究院有限公司湖北武汉430071

为实现智能手机平台室内外一体化定位的功能,本文利用智能手机内置的多种传感器,如加速度传感器、姿态传感器等,通过航迹推算方法计算出相对位置,并利用卡尔曼滤波器融合GPS和网络定位结果。在室外定位过程中,AGPS/PDR融合定位闭合差为3... 详细信息

为实现智能手机平台室内外一体化定位的功能,本文利用智能手机内置的多种传感器,如加速度传感器、姿态传感器等,通过航迹推算方法计算出相对位置,并利用卡尔曼滤波器融合GPS和网络定位结果。在室外定位过程中,AGPS/PDR融合定位闭合差为3.9m,AGPS/惯性导航融合定位闭合差为2.3m;在室内外一体化定位中,AGPS/PDR融合定位结果与实际位置定位偏差为2.5m,AGPS/惯性导航为6.3m。融合定位精度高于单一定位模式。

关键词：集成定位惯性导航航迹推算计步器卡尔曼滤波融合

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无线传感器网络的数据融合研究

信息化纵横 2009年第16期28卷 38-41,45页

作者：张向宾张海涛李艳艳河南科技大学电子信息工程学院河南洛阳471003

利用最优的融合簇状态估计的Krein空间卡尔曼滤波方法,得到信息形式的鲁棒卡尔曼滤波。簇头节点通过所处簇的观测模型,利用信息形式的鲁棒卡尔曼滤波实现离散形式的卡尔曼滤波。簇头节点将状态估计和可逆的误差协方差矩阵传送到中心基站... 详细信息

利用最优的融合簇状态估计的Krein空间卡尔曼滤波方法,得到信息形式的鲁棒卡尔曼滤波。簇头节点通过所处簇的观测模型,利用信息形式的鲁棒卡尔曼滤波实现离散形式的卡尔曼滤波。簇头节点将状态估计和可逆的误差协方差矩阵传送到中心基站,中心基站融合簇状态估计产生全局状况估计。仿真结果表明,全局状态估计相对于集中状态估计(不分簇),具有更好的性能,且通信代价更低、节点寿命长。

关键词：无线传感器网络卡尔曼滤波融合状态估计信息融合

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四旋翼无人机移动平台跟随降落系统设计

南方农机 2023年第12期54卷 135-138页

作者：康雪马瑞曹杰董亮亮徐金欣江苏理工学院机械工程学院江苏常州213001

【目的】四旋翼无人机以自主悬停、垂直起降、控制简易的特性被广泛应用于市场,但无人机续航能力以及控制精度要求影响着各项工作的开展。【方法】本研究设计了一种跟随降落系统,将四旋翼、无人车、UWB、视觉降落系统分阶段融合构成一... 详细信息

【目的】四旋翼无人机以自主悬停、垂直起降、控制简易的特性被广泛应用于市场,但无人机续航能力以及控制精度要求影响着各项工作的开展。【方法】本研究设计了一种跟随降落系统,将四旋翼、无人车、UWB、视觉降落系统分阶段融合构成一个对移动平台的跟随降落系统,详细分析了四旋翼无人机跟随移动平台的总体设计、UWB定位系统设计、机器视觉处理及数据融合处理等系统设计,并将无人机分成三轴方向对飞行数据进行了卡尔曼滤波处理实验。【结果与结论】该系统与传统定位系统GPS相比,增加了UWB定位与OpenMV导航降落,卡尔曼滤波后的飞行轨迹与小车轨迹更接近,实现了无人机跟随移动平台,提高了跟随移动平台飞行的精确度,减少了无人机在飞行过程中因误差与自然因素导致飞行出现偏移的状况,为后续无人机降落于无人车上提供了更高的精准度与安全性,使户外无人机搜救工作的续航有了更大的保障。

关键词：跟随移动平台 UWB三维定位多传感定位卡尔曼滤波融合