方位-到达时间联合TMA的可测性分析

针对在三维空间做匀速运动的目标,应用非线性系统的可测性理论,对方位-到达时间TMA(目标运动分析)的可测性进行了分析。基于方位和到达时间方法的单站无源定位技术,是通过观测站接收目标辐射源两次TOA(脉冲到达时间)测量之间由于目标运动所造成目标与观测站之间的径向距离发生变化的信息,对目标进行定位。结果表明在观测站与辐射源间的方位角和俯仰角变化率不能同时为零的情况下,观测机不必做机动就可以实现观测。

基于银膜的自准直光纤法布里-珀罗腔设计及声源定位研究

提出一种基于银膜的自准直外腔式光纤法布里-珀罗(EFPI)干涉仪声传感器阵列,用于中低频声信号的检测以及二维平面声源定位。传感器阵列由三个相同结构的EFPI组成,结构简单、制作简便。银膜的应用和准直器的引入提高了传感器的声压灵敏度,扩大了声源定位范围。实验结果表明:单个传感器声压灵敏度为185 mV/Pa,最小可探测声压为52.7μPa/Hz^(1/2)@500 Hz。在声源指向性实验中,声源设置在传感器正前方时,其声压灵敏度达到185 mV/Pa,声源设置在传感器侧面(90°,270°)时,其声压灵敏度衰减仅为4.5%。传感器阵列结合到达时间差技术,成功实现高精度的声源定位,系统的理论空间分辨率为0.71 cm,最大定位误差不超过2.8 cm,定位范围为200 cm×200 cm,具有成本低、实用性高等优点。

基于多信号分类-改进早晚功率锁相环的5G机会信号定位算法

随着5G技术的不断发展,5G蜂窝网络已被广泛应用于城市地区。然而,基于5G的机会信号定位技术中存在着测距精度不高的问题。针对此问题,提出一种改进型5G机会信号定位算法,该算法将多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法与改进的早-晚功率锁相环(phase-locked loop,PLL)结合,不仅简化了锁相环结构,更保证了测距精度;同时搭建了基于5G机会信号定位的原理样机,并对改进算法方法的有效性和可行性进行了验证,试验结果表明伪距均方误差为3.03 m。本文所提出的算法不仅结构简单、系统稳定,而且在测距精度上也有一定的优势。

基于UKF-IMM的方位-到达时间空-海机动目标的跟踪

探讨了机动目标无源跟踪(PMTT)中基本的非线性估计问题,介绍了无味卡尔曼滤波(UKF)算法的设计思想与具体实现,用UKF代替原交互多模(IMM)中的扩展卡尔曼滤波(EKF)得到UKF-IMM估计算法,特别针对空—海单站只测方位—到达时间PMTT问题分别应用UKF-IMM和EKF-IMM进行了对照研究,建立了问题的离散非线性滤波估计模型,设计了典型的应用场景,给出了Monte Carlo仿真结果;表明UKF-IMM滤波算法具有更高的估计精度和收敛特性,滤波的一致性较好,更加适合解决非线性较为严重的PMTT问题。

基于到达时间和方位角的固定单站无源定位仿真分析

基于辐射源的信号到达时间(TOA)和到达方向(DOA)信息,利用修正增益扩展卡尔曼滤波方法,对固定单站侦察设备的空中和海上目标进行无源定位,仿真计算验证算法的有效性。

面向对流层散射传输的星地联合检测定位技术

针对地面超远距离目标进行到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)被动定位时,将天基监测卫星与地面监测站点相联合,可有效规避天基多星联合体制成本高、调度灵活性受限等问题,但受地面目标与地面监测站之间对流层散射传播非直线路径关系影响,星地联合定位精度常难以满足实际应用需求.针对此问题,本文提出一种面对对流层散射传播超视距的超远距离目标星地联合定位技术,通过地面目标与地面监测站之间对流层散射传播路径等效地球半径数学模型构建,以描述二者之间非直线路径光程长度关系,进而联合目标与天基监测卫星之间直线传播路径数学模型,构建新的星地联合TDOA被动定位方程组,最后,通过牛顿迭代法对该非线性方程组进行解析获得定位结果 .本文给出了星地联合的对流层散射目标定位克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)推导,并且验证了本文针对远距离目标提出的定位方法的估计性能.计算机仿真验证表明,所提技术可有效消除对流层散射传播非直线关系对定位精度恶化影响,实现了星地联合超远距离目标TDOA被动定位精度有效提升.

基于蒙特卡洛模拟的声电联合局部放电定位阵列设计及快速定位方法研究

针对目前局部放电声电联合定位中传感器阵列和定位算法设计缺乏统一评价指标的问题,通过对到达时间差算法误差来源进行分析,提出通过蒙特卡洛模拟对阵列及定位算法的定位能力进行定量分析的方法。综合考虑空间限制和定位能力,应用上述方法对平面圆形阵列阵元数量和阵列半径进行了优化,并确定平面圆形阵列的最优阵列半径为35 mm,阵元数量为4~6个。随后基于所提方法,针对4阵元平面圆形阵列对到达时间差算法求解过程进行了优化,提出先通过一次方程组解得x、y后,回带误差最小二乘函数计算z坐标的方法,大幅减小了计算量。最后利用有限元仿真软件和油中放电实验平台,对所设计4阵元圆形阵列及局部放电定位算法进行了验证,定位误差小于65 mm。

基于UWB的PDOA与TOF煤矿井下联合定位方法

煤矿井下人员和车辆精确定位是煤矿安全高效生产的重要保障。目前矿井人员和车辆精确定位主要采用超宽带(UWB)无线通信技术,其中仅采用飞行时间(TOF)的定位方法需2个定位分站或天线联合测距和定向,存在天线间距大、不便于安装维护、定位误差大等问题。针对上述问题,提出了应用于煤矿巷道一维定位场景的基于UWB的到达相位差(PDOA)与TOF煤矿井下联合定位方法。该方法通过TOF测量定位卡与定位分站之间的距离,通过PDOA判断定位卡的方位,再根据测得的定位卡与定位分站之间的距离和方位,对定位卡进行定位。该方法根据从定位卡发送的无线电信号到达定位分站的2根天线的相位差判断定位卡的到达角度(AOA),不需要很大的天线间距即可确定定位卡的方位,缩短了定位分站的2根天线之间的距离,可将2根天线一体化,便于安装维护,提高了定位精度。煤矿井下测试结果表明,该方法定位精度在15 cm以内;在200 m测试距离范围内,定位精度不受距离远近影响;TOF测距数值稳定在相对其均值±10 cm的范围内,具有很好的稳定性。

基于到达时间的无线传感器网络协作定位算法

提出了一种基于到达时间的无线传感器网络协作定位方法。首先,建立关于目标位置的优化问题,其次通过运用混合半正定和二阶锥松弛理论,将原非凸优化问题转换为一种凸的优化问题,由此快速得到原问题的一个次优解。计算机模拟结果显示,新算法估计均方根误差更接近克拉美-罗界。

基于比较算法和OWR-TDOA的IR-UWB定位系统研究

针对采用脉冲无线电-超宽带实现高精度定位进行了研究。首先提出了基于现场可编程门阵列板的全数字发射机,由其I/O口产生并输出脉冲信号;然后脉冲信号通过接收天线接收,并由每个接收支路上的低噪声放大器放大,通过比较算法将脉冲信号转换为1位数字样本;为了降低噪声功率,将数字化后的样本按脉冲帧的相应相位进行平均,并将平均后的脉冲样本与模板信号进行关联,将相关器输出与阈值进行比较,接收机通过检测超过阈值的相关器输出来估计脉冲信号的定时;最后,处理单元根据单向测距-到达时间差方法估计出发射机的位置。实验测试结果不仅验证了提出的定位系统的有效性,而且表明了提出的定位系统相比于传统的基于模数变换器的接收处理系统在发射机定位均方根(RMS)误差和模态值的RMS误差方面分别提高了41.48%和23.11%。

无线传感器网络中基于超宽带的TOA/AOA联合定位研究

提出一种基于超宽带(ultra wideband,UWB)信号到达时间估计(time of arrival,TOA)/到达角度估计(angle of arrival,AOA)联合估计的无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)定位方案,只需要一个参考节点就可以实现对其他传感器节点的2D相对定位,并且不需要时钟同步,适合于传感器网络节点的低成本设计需求.利用往返时间(round trip time,RTT)进行TOA估计,给出了基于多径检测的TOA估计算法;利用到达时间差估计(time difference of arrival,TDOA)进行AOA估计,因而无需借助复杂的天线波束赋形技术.同时,分析了定位误差模型对定位性能的影响,并通过IEEE802.15.4a信道下的仿真实验进行了验证,结果表明了所提方案的有效性.

利用X射线脉冲星的星间差分联合定位方法

提出了一种基于X射线脉冲星的空间联合相对定位模式,主星接收脉冲星辐射脉冲信号,将到达时间、个别脉冲特征经星间链路向邻近卫星转发,经过测量脉冲星信号星间的传播时差,建立定位方程来解星间相对位置.推导了脉冲到达时间预测模型的误差修正公式,分析了脉冲星个别脉冲的可辨识性.所提方法兼有脉冲星自主导航、精确定时的特点,受脉冲星相位预测模型误差的影响较小,有助于实现到达时间预测模型的在线自适应修正,也有助于实现卫星星座的联合定轨.

基于方位-频率及多阵方位的无源目标跟踪性能研究

研究了两种利用多维信息的目标运动分析（ＴＭＡ）方法：方位－频率ＴＭＡ和多阵联合纯方位ＴＭＡ，应用Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ（Ｇ－Ｎ）和Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ（Ｌ－Ｍ）相结合的最优化方法，分析了最大似然估计（ＭＬＥ）算法的跟踪性能，进行了仿真实验．研究结果表明利用多维信息的ＴＭＡ虽然克服了常规纯方位ＴＭＡ需要观测平台机动的限制，但其应用并不具备普遍性。

一种利用询问-应答规律对应答机定位的方法

针对双站测向定位系统复杂、同步要求高的问题,根据询问应答机的工作规律,提出了一种对应答机单站定位的方法。根据已知的地面询问站和侦收站位置,通过测量敌我识别询问和应答信号到达时间差和应答信号方位,实现了对应答机的定位;同时分析了定位误差,通过计算机仿真证明了该方法的可行性。在地面询问站已知的情况下该方法对于解决实际工程问题具有借鉴意义。

基于到达角度和时间差测量的无源跟踪算法研究

分析了修正增益扩展卡尔曼滤波(MGEKF)原理及其在非线性方程中的应用,提出了一种测量目标辐射源脉冲到达时间差和到达方向实现固定单站对运动辐射源进行无源定位的算法.通过计算机仿真,验证了该方法的正确性与有效性.

腰丛-坐骨神经联合阻滞的临床应用

区域神经阻滞如果定位准确、麻醉效果确切,对患者有全身影响小和术后镇痛时间长等优点。近年在穿刺方法和临床应用方面有较大的改进,就腰丛-坐骨神经联合阻滞的应用解剖、神经定位方法特别是神经刺激器的使用、临床适应证。

基于遗传-拟牛顿混合算法的地下震源定位

为了用多传感器网络解决震源的定位问题,采用脉冲耦合时钟同步算法,同步所有传感器网络节点时钟,在此基础上,测出震源发出的脉冲信号到达各个节点的时间差。结合遗传算法的全局寻优能力和拟牛顿算法的快速局部搜索能力,提出遗传-拟牛顿混合算法的到达时间差定位方法。为了验证该混合算法的精确性,使用MATLAB分别对拟牛顿算法与遗传-拟牛顿混合算法的横轴和纵轴进行仿真,通过对比,证明了遗传-拟牛顿混合算法收敛速度快、精确度高、稳定性好。

采用三次通信的TOF与TDOA联合定位算法

通常基于超宽带(UWB)的定位系统采用的主要技术是TOA和TDOA算法,但是TOA算法定位速度低,TDOA算法定位精度不稳定,这些情况均限制了它们在UWB定位系统中的应用。为了权衡这两种算法在定位速度和精度方面的不足,提出了一种新的TOF与TDOA联合定位算法(CTT)。该算法仅需要3次UWB通信便可测量TDOA算法所需的所有时间差信息和一个TOF距离值,并可以此计算出该定位区域内所有基站与单个标签的距离,定位速度比TOA算法提升至少50%。使用DW1000分别对TOA、TDOA与CTT算法进行定位精度对比,结果表明CTT算法在二维情况下的平均定位误差<20 cm,标准差<10 cm,接近于TOA的精度并解决了TDOA算法精度不稳定的问题。

椭圆-角度混合定位的GDOP研究

椭圆-角度混合定位是一种基于信号到达时间之和(TSOA)与到达角(AOA)的新型定位技术,又称为TSOA/AOA定位。为了研究定位精度和定位设备布局之间的规律,推导了GDOP的计算公式,并通过仿真分析得到了4条重要结论。