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基于延迟求和的输气管道泄漏声波定位方法

仪器仪表学报 2019年第11期40卷 241-249页

作者：郑晓亮王强薛生袁宏永付明安徽理工大学电气与信息工程学院淮南232001 安徽理工大学能源与安全学院淮南232001 清华大学合肥公共安全研究院合肥320601

针对基于互相关分析的输气管道泄漏声波定位方法因声速和延时估计误差导致定位误差大的问题,提出一种基于延迟求和的泄漏位置声波定位方法。在泄漏位置上下游各增设一个声波传感器,使用延迟求和法对增设传感器信号进行延时估计并计算上... 详细信息

针对基于互相关分析的输气管道泄漏声波定位方法因声速和延时估计误差导致定位误差大的问题,提出一种基于延迟求和的泄漏位置声波定位方法。在泄漏位置上下游各增设一个声波传感器,使用延迟求和法对增设传感器信号进行延时估计并计算上下游方向声速;以泄漏位置表征各传感器间的延时,再利用延时表达式构造加权向量对线性阵列输出加权,搜索输出峰值点即可完成定位。在实验室进行了定位实验,结果表明:对泄漏信号的3.7 kHz分量使用延迟求和法进行延时估计能够获得更加稳定的输出,定位平均误差率由互相关分析法的9.09%降低至2.04%,声速计算环节的加入以及基于延迟求和的线性阵列定位方法能够有效提高声波法定位精度。

关键词：管道泄漏声波定位延迟求和声速线性阵列

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基于近场声波定位的灾后搜救系统设计

消防科学与技术 2019年第6期38卷 870-873页

作者：罗义军尹棋李劲陈松武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 武汉纺织大学电子与电气工程学院湖北武汉430200

针对自然灾害后受灾现场被困人员救援迅速、准确的需求,设计了一种基于声波定位的灾后搜救系统。对被困人员发出的声音求救信号进行分析,利用同源离散信号的互相关特性获取声波信号到达声音传感器阵列的时间差,结合三维空间中四点定位... 详细信息

针对自然灾害后受灾现场被困人员救援迅速、准确的需求,设计了一种基于声波定位的灾后搜救系统。对被困人员发出的声音求救信号进行分析,利用同源离散信号的互相关特性获取声波信号到达声音传感器阵列的时间差,结合三维空间中四点定位的方法,根据几何运算获取声源位置,快速准确地对声源进行定位。此设计为灾后被困人员的快速搜救提供了一种新的途径,具有重要的现实意义。

关键词：自然灾害搜救声波定位应急救援

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特定空间无人机声波定位系统研究

特定空间无人机声波定位系统研究

作者：高超山西大学

学位级别：硕士

随着国家军民融合战略的布局和推进,我国民用无人机技术得到快速发展,市场规模也不断扩大,尤其在工业级市场无人机具有巨大的商业价值和广阔的发展前景。现阶段,民用无人机的飞行作业都是通过专业操手地面遥控实现的,专业无人机操手的... 详细信息

随着国家军民融合战略的布局和推进,我国民用无人机技术得到快速发展,市场规模也不断扩大,尤其在工业级市场无人机具有巨大的商业价值和广阔的发展前景。现阶段,民用无人机的飞行作业都是通过专业操手地面遥控实现的,专业无人机操手的培养和使用成本很高,在一些对位置控制要求较高的应用场景,单纯依靠人眼观察很难达到作业要求。因此,实现民用无人机的自主飞行具有重要意义。定位是无人机实现自主飞行的基础,而受续航、体积、重量等因素的影响,军用无人机的定位导航系统无法应用在民用无人机上。本课题针对该问题,综合考虑成本、功耗、精度以及鲁棒性等因素,设计一种基于声波的无人机定位系统,主要研究内容包括:(1)在充分对比分析常见测距定位算法的基础上,采用有同步的基于到达时间TOA的主动式测距定位方案,对定位方案的功能和性能指标进行分析。根据功能指标要求,基于ANT协议建立以无人机终端为主节点,声波定位基站为从节点的无线通信网络,实现无人机终端对声波定位基站的单点广播以及二者之间的通信。根据性能指标要求,将锁相环原理应用到多节点时钟同步中,结合ANT协议的周期性单点广播特性,提出一种基于微处理器时钟同步锁相环实现方案。实验结果表明,该方案可达到微秒级的同步精度,同时多节点间的时钟漂移得到有效补偿。(2)针对声波的传播特性以及噪声干扰等问题,利用脉冲压缩技术对声波信号进行识别检测,选取满足脉冲压缩要求并且对多普勒效应不敏感的大时宽带宽积HFM信号作为定位信号,并在MATLAB中对HFM信号进行脉冲压缩仿真分析。利用构造的同步时钟和无人机终端的单点广播功能设计多节点同步测距方案。(3)对无人机终端和声波定位基站定位组件的硬件结构进行设计,制定系统时钟同步和测距定位流程。分别在安静和嘈杂环境中进行测距定位实验,结果表明,定位系统可在特定空间提供稳定的高精度测距定位,在嘈杂环境中的平均定位均方根误差在10cm左右。本文所研究的基于声波的无人机定位系统在不需要过多硬件支持的情况下实现特定空间的稳定高精度测距定位,对民用无人机定位导航方面的研究有一定的参考价值。同时该系统成本低、可移植性强也可被室内定位等方面的研究借鉴。

关键词：无人机声波定位 ANT无线通信协议时钟同步脉冲压缩

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室内声波定位中多址技术的研究

室内声波定位中多址技术的研究

作者：郭俊杰中北大学

学位级别：硕士

近年来,基于位置服务的室内无线定位应用获得了蓬勃发展。但现有的室内无线定位技术因受到硬件设备和使用环境等因素的限制,而无法大规模的商业应用。本文借助移动设备终端提出一种基于双向测距的室内声波定位技术,并设计一种加权校正... 详细信息

近年来,基于位置服务的室内无线定位应用获得了蓬勃发展。但现有的室内无线定位技术因受到硬件设备和使用环境等因素的限制,而无法大规模的商业应用。本文借助移动设备终端提出一种基于双向测距的室内声波定位技术,并设计一种加权校正算法对定位结果进行校正。然而随着接入设备数量的增多,系统的多址能力越来越成为限制室内声波无线定位性能的瓶颈。为了提高定位系统的多址性能,本文设计一种基于二变量Chirp组合信号的多址技术。该多址技术可以在chirp信号之间的调频率相差较小情况下,依靠初始相位来保证多址信号间的正交性。从而有效抑制不同节点信号间的多址干扰,并显著提高定位系统容纳的地址数。最后,本文搭建了基于二变量Chirp多址信号的室内声波定位系统,并分别以测距和定位实验对该系统的定位性能进行实验测试。实验结果表明,在精度误差为1米时,本室内声波无线定位系统的定位精度可以达到91%。

关键词：室内定位声波定位多址技术移动设备

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基于声波定位的自主飞行隧洞探测飞艇系统

信息与电脑 2020年第4期32卷 12-14页

作者：吴琪峰石杨扬李依依石大川王凌中国计量大学机电工程学院浙江杭州310002

现有尾矿排洪隧道采用人工巡检的方式进行安全检查,存在劳动强度大、危险性、效率低、主观性强等弊端。近年来,随着飞艇技术的普及和自动化技术的提高,使得基于无人飞艇的隧洞巡检工作成为可能。本项目是全国大学生创新训练资助项目,在... 详细信息

现有尾矿排洪隧道采用人工巡检的方式进行安全检查,存在劳动强度大、危险性、效率低、主观性强等弊端。近年来,随着飞艇技术的普及和自动化技术的提高,使得基于无人飞艇的隧洞巡检工作成为可能。本项目是全国大学生创新训练资助项目,在此基础上设计了一种基于声波定位的自主飞行隧洞探测飞艇系统系统,用于隧洞探测和巡检。笔者介绍了该系统的组成,着重讨论了声波定位的原理和计算方法。

关键词：微型飞艇自主飞行声波定位

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原始蝙蝠不靠声波定位

福建基础教育研究 2008年第4期 54-54页

作者：昱含

众所周知,现有的各种蝙蝠依靠反射超声波来确定方位。但是,美国的古生物学家却发现,5000多万年前的原始蝙蝠并不像现代蝙蝠那样拥有声波定位系统。

关键词：蝙蝠定方位原始定位系统超声波古生物学家声波定位现代回波反射

基于音频信号的封闭场景定位与地图拓扑挖掘算法研究与实现

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基于音频信号的封闭场景定位与地图拓扑挖掘算法研究与实现

作者：熊昊北京邮电大学

学位级别：硕士

随着移动智能感知技术的不断发展进步,人们对于高精度室内位置服务的需求日益增长。准确识别封闭场景内人体位置、感知人体周边地图拓扑结构是实现用户行为挖掘、安全驾驶、车内环境智能交互等智能应用的关键支撑技术,也是数字化建设的... 详细信息

随着移动智能感知技术的不断发展进步,人们对于高精度室内位置服务的需求日益增长。准确识别封闭场景内人体位置、感知人体周边地图拓扑结构是实现用户行为挖掘、安全驾驶、车内环境智能交互等智能应用的关键支撑技术,也是数字化建设的重要研究方向。目前主流的定位与感知算法大多基于无线射频(Radio Frequency,RF)信号飞行时间(Time of Flight,TOF)技术,在封闭的室内环境下存在着易受环境影响、需要高精度时间同步、定位精度低等问题。针对封闭环境内准确鲁棒行人定位与地图拓扑感知需求,近年学术界提出了各种解决思路,其中基于声波反射信号的室内定位与感知算法以其无需高精度时间同步需求、部署广泛等优势获得了研究人员的关注。为实现高精度的封闭场景定位与感知提供了新的解决方法。但同样存在抗干扰能力差、封闭场景多径效应等挑战。本文提出了基于时间卷积网络的封闭场景定位与地图拓扑感知多任务学习模型。该模型基于音频指纹定位技术,利用用户随身携带的移动智能终端扬声器发射用户无感的特定频率声波信号,然后使用滑动窗口快速傅里叶变换处理终端麦克风采集的封闭场景内声波反射信号,提取时-频序列特征信号,最后通过领域知识特征训练时间卷积神经网络,实现无需任何基础设施的高精度封闭场景定位与感知。本文基于所提模型设计了封闭场景定位子系统以及地图拓扑感知子系统,实现了用户使用终端、部署测试终端、后台服务端、定位感知子系统四大模块,为普通用户提供了封闭场景定位服务,为系统部署测试员提供了指纹数据采集、定位测试等功能,为系统后台管理员提供定位监控、地图拓扑展示等功能。本文基于软件工程的设计理念与基本流程,分为系统需求分析、系统概要设计、系统详细设计、系统开发及实现、系统测试多个阶段。在需求分析阶段中完成了系统的功能以及非功能性需求;在概要设计阶段确定了整体系统架构;详细设计阶段完成了各子模块的分析设计;系统开发完毕后也设计了充分的测试用例并修改了相应的系统缺陷。本文最终顺利完成基于音频信号的封闭场景感知与定位算法研究以及系统开发的全部研发工作。大量实地测试结果表明,本文提出的指纹定位算法可获得94%以上的指纹分类准确度,定位算法误差在2米以内,拓扑感知算法误差在5米以内,为封闭场景定位研究提供了一种新的解决方案。

关键词：室内定位地图拓扑声波定位时间卷积神经网络

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二次定位技术的应用

石油地球物理勘探 2006年第3期41卷 346-349页

作者：冯凯陈刚罗敏学成都理工大学东方地球物理公司海上勘探事业部

二次定位技术是浅海过渡带地震勘探的关键技术之一。目前常用的二次定位方法有声学二次定位法和初至波二次定位法。在实际应用中由于声学二次定位方法数据采集慢且回收率低,严重影响生产效率,因此近年来国际上大多采用初至波二次定位方... 详细信息

二次定位技术是浅海过渡带地震勘探的关键技术之一。目前常用的二次定位方法有声学二次定位法和初至波二次定位法。在实际应用中由于声学二次定位方法数据采集慢且回收率低,严重影响生产效率,因此近年来国际上大多采用初至波二次定位方法。但至今国内还没有一套应用较好的初至波二次定位软件。本文根据UNOCAL项目的技术要求,采用ENSOCO公司开发的初至波二次定位软件,结合该项目的实际采集数据,对该软件的原理及主要应用环节进行了系统分析,总结了一套具体应用方法。经测试表明:在一条二维地震测线上,对每一道检波器分别采用声学定位及初至波二次定位,两者间误差均在5m以内。

关键词：过渡带二次定位声波定位初至波定位质量控制

HIPAP系统在深水浮式平台定位系统中的应用研究

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机械工程师 2022年第5期 112-114页

作者：尹东流中海油田服务股份有限公司河北三河065201

深水半潜式钻井平台是海上油气钻探的主要装备,作业期间需要满足定位精度,避免平台位置移动过大损坏钻井管柱或与防喷器、井口连接器等设备的连接。目前,国内外同类平台主要依靠GNSS系统提供主要位置参考,Hipap系统作为辅助定位,依托推... 详细信息

深水半潜式钻井平台是海上油气钻探的主要装备,作业期间需要满足定位精度,避免平台位置移动过大损坏钻井管柱或与防喷器、井口连接器等设备的连接。目前,国内外同类平台主要依靠GNSS系统提供主要位置参考,Hipap系统作为辅助定位,依托推进器实现平台动力定位及位置维持功能。文中提出了单独依托HIPAP系统进行动力定位操作,并实现作业期间钻井平台精确定位的思路。该方法已在南海某深水平台进行实际测试,验证HIPAP系统满足短期内定位需求,但受限于海洋环境及声波传输介质影响,平台长期作业的定位仍需依赖第三方位置参考系统。该结论可为卫星定位失效时提供短期替代的位置参考方案,为后续位置参考系统更换或应急操作提供储备时间。

关键词：深水半潜平台动力定位 HIPAP 声波定位