一种基于超宽带基站设置虚拟围栏的手术室移动医疗设备定位方法

针对医院手术室各手术间存在大量移动医疗设备交叉使用难以实时定位管控的难题,该研究提出一种时效性高、易于部署且定位准确度相对较高的基于UWB技术的实时定位方法。该方法包括对超宽带(UWB)基站的拓扑布局,在手术室走廊、设备间内应用改进的飞行时间(TOF)双边双向测距定位法定位,在手术间入口设置虚拟围栏判断设备是否进入。经试验,该方法可大幅度降低UWB基站布置数量,具备厘米级定位精度和较高识别率,可替代传统的手术室移动医疗设备人工定位管控方式。

高保真度超高频局放检测天线研究

设计了一款用于超高频局放检测的超宽带椭圆缝隙天线.该天线具有时域保真度高、尺寸较小、馈电简单等特点.测试结果表明,天线在300~1500 MHz频段内的回波损耗低于-10 dB,平均等效高度15.7 mm,满足局放检测天线的指标要求.通过CST Microwave Studio软件对其时域波形保真度进行仿真计算分析,对局放检测时天线的摆放方向提供参考.结果表明,椭圆缝隙天线在一些角度上的保真度超过0.9,能较好地还原局部放电波形,同时天线较小的尺寸也能更好地适应局部放电现场检测.

TH-UWB系统中ML信道估计算法研究

跳时超宽带无线通信系统中信道估计的准确度对系统接收性能具有重要影响,首先对超宽带系统收发模型进行介绍,然后对TH-UWB系统中基于训练序列的非结构化最大似然信道估计算法进行分析,最后在超宽带信道模型下对估计算法性能进行仿真。仿真结果表明基于训练序列的非结构化最大似然信道估计算法能够有效估计出信道参数。

TH-UWB系统中基于自适应算法的接收机研究

提出了一种适用于跳时超宽带(TH-UWB)系统中的RAKE接收机方案。该方法利用基于梯度的可变遗忘因子的改进递推最小二乘(RLS)算法进行信道估计,并与基于经典RLS算法和基于最大似然概率(ML)算法的接收机方案进行对比。结果表明,这种新型RAKE接收机方案能够更有效地跟踪时变衰落信道的变化;在相同条件下,该方案能够提高系统性能,获得更小的误码率(BER)。

隧道内超宽带车载标签跟踪方法

针对隧道中车辆跟踪难、精度不高的问题,设计了一个基于超宽带技术(UWB)的车载标签跟踪方法。在跟踪算法上,首先利用基于UWB的到达时间差(TDOA)算法对车载标签进行实时定位;再通过一种适用于隧道特征的自适应卡尔曼滤波方法,有效估计了隧道内车载标签位置。在硬件设计上,将STM32系列芯片作为中央处理器(CPU),DW1000作为核心通信元器件制作了基站与车载标签。在京广路隧道进行实验测试与分析,结果表明该方法在隧道内能够对车辆进行跟踪,且整体误差小于30 cm,实现了车辆在隧道内的实时跟踪。

基于改进LMS算法的TH-UWB接收机

跳时超宽带(TH-UWB)无线通信系统通常采用RAKE接收技术。而信道估计的准确度直接影响系统接收性能。提出一种基于梯度的变步长的LMS算法进行信道估计。与传统LMS算法相比,改进的LMS算法可以获得更小的MSE(Mean Square Error)从而为接收机提供更精确的信道估计量。同时,结果也表明该算法提高了整个接收机性能,并获得更小的BER(Bit Error Rate)。

PAM-TH-UWB系统抗干扰性能研究

超宽带通信是继CDMA与蓝牙技术之后出现的一种非常有发展前途的无线通信技术。本文首先介绍了UWB基本原理,然后着重从频域角度探讨了PAM-TH-UWB系统对CDMA干扰的抑制能力,得出了合理选择超宽带信号的基本参数以及不同的调制方式,可在一定程度上提高超宽带系统抗干扰能力的结论。

基于自适应Levy飞行改进的TDOA三维定位算法

针对已有的算法在基于到达时间差(time difference of arrival,TDOA)测量方案中存在的搜索能力不均衡,导致三维定位区域局部存在定位精度低甚至求解失败的问题,提出了一种基于改进探路者优化算法(pathfinder algorithm,PFA)的TDOA定位算法,通过将自适应Levy飞行和改进后的PFA算法进行融合,增强了个体对定位区域复杂环境的适应性,解决算法早熟、易陷入局部最优等问题,提升了算法综合性能.通过仿真和实验,结果表明:与Taylor算法、LM算法相比,本文提出的算法(Levy-pathfinder algorithm,LPFA)可以提高定位精度;与PSO算法、PFA算法相比,LPFA算法可以在提高运算速度的同时得到更准确的定位结果.

Optimization of band-notched UWB antenna using micro-genetic algorithm combined with FDTD

The micro-genetic algorithm (MGA) optimization combined with the finite-difference time-domain (FDTD) method is applied to design a band-notched ultra wide-band (UWB) antenna. A U-type slot on a stepped U-type UWB monopole is used to obtain the band-notched characteristic for 5 GHz wireless local area network (WLAN) band. The measured results show that voltage standing wave ration (VSWR) less than 2 covers 3.1-10.6 GHz operating band and VSWR more than 2 is within 5.150-5.825 GHz notched one with the highest value of 5.6. Agreement among the calculated, HFSS simulated and measured results validates the effiectiveness of this MGA-FDTD method, which is efficient for UWB antennas design.

高峰值电压长寿命超宽带时域信号源

设计了一款基于雪崩晶体管和Marx电路的超宽带(UWB)时域信号源,其具有较高的峰值电压、较快的上升沿、较窄的半脉宽、较高的重频、较长的寿命等特点。通过8路功率合成的方法,在电路成本较低的前提下,改善了输出电压饱和的问题,提高了信号源的输出电压。通过晶体管并联技术,在高峰值电压输出的情况下,提高了信号源的寿命。最终信号源实现了峰值电压10 kV,上升沿183 ps,半脉宽750 ps。在重频为20 kHz下,可以连续工作超过45 min。该信号源可用于对目标的探测、干扰、攻击和物质处理等领域。

特高压GIS隔离开关开合母线方式3试验中暂态电压波形解析

为分析特高压GIS隔离开关方式3试验中暂态电压与断口间动态绝缘特性的关联,文中构建了超宽频暂态电压监测系统和电弧形态观测系统,全过程监测了特高压GIS隔离开关开合过程中电源和负载侧的暂态电压,以及动静触头间击穿时的电弧形态。试验发现,隔离开关方式3试验合闸和分闸过程中电弧重燃和熄灭交替出现的持续时间分别为140 ms和240 ms。电压峰值附近发生的电弧熄灭,将引发过电压,但幅值低于1.4 p.u.。分合闸过程中产生的暂态电压持续时间约12μs,波头时间约25 ns,其频率主要分布在1 MHz以下,最高瞬时频率接近50 MHz。方式3试验中,断口间击穿不会产生特快速暂态过电压,与方式1存在较大区别。文中研究揭示了隔离开关分合闸过程中暂态电压的激发机理和时频特征,以及对断口间动态绝缘的影响,为GIS隔离开关的性能考核和优化设计提供了有力支撑。

基于UWB的离散智能车间可视化监测平台的研究及应用

监测平台集成数据采集、数据分析以及监督提醒等功能,能够帮助决策者快速了解离散制造车间的生产状况,合理调配资源,提高车间的整体生产效率。但是,离散制造车间存在制造系统复杂、生产要素多、变化快以及资源调度难等问题,增加了管理难度,因此设计了基于超宽带(Ultra Wide-Band,UWB)的实时可视化监测客户端。客户端可实现状态查询、仿真追踪及数据统计3个功能。首先,使用3D Max软件建模渲染,建立车间内重要设备的模型,把模型文件转换为FBX(FilmBoX)格式导入Assets,通过Unity3D搭建离散制造车间的场景模型,实现车间场景的建模;其次,通过SQL Server软件存储处理UWB硬件设备采集的位置和时间数据,编译C#脚本代码调用数据,驱动人员、自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)及天车模型运动,实现车间场景的实时可视化监测;最后,使用C#语言编译客户端,客户端实时监测平台,集实时位置显示、资源数据分析以及危险预警报警于一体,通过实时化、数字化及图形化的展示,对整个生产过程进行监测、调度和优化,实现车间现场的实时管理。设计的客户端界面具有简洁直观、反应迅速以及使用方便的优点。多功能集合方便管理者查看各类信息,能够快速分析出生产环节存在的问题,把多余资源分配给有需求的单位,极大地提高了整个车间的生产水平,给车间的现代化管理提供了实际可行的方案。

基于两步Kalman滤波的NLoS误差抑制算法

针对超宽带(ultra wide band,UWB)定位中影响定位精度的非视距(non line of sight,NLoS)传播误差问题,提出了一种基于Kalman滤波的NLoS误差二次消除方法.该方法利用NLoS误差与测量误差之间的相互独立性,借助Kalman滤波将NLoS误差从总误差中单独分离出来,对其进行实时估计,并将该NLoS误差估计值作为NLoS误差辨别及测距值修正的依据.通过Kalman滤波对到达时间(time of arrival,TOA)测距值进行二次估计、鉴别及修正以提高TOA测距精度,从而实现室内复杂环境下的UWB精准实时定位.仿真实验结果表明:该方法不仅能够对NLoS误差实现良好的跟踪估计,对视距(line of sight,LoS)/NLoS环境转变也具有较强的灵敏感知能力,同时NLoS误差测距值在应用该方法后的定位性能逼近于LoS环境下的理想状态.

农资仓储脉冲超宽带室内定位系统设计与试验及误差分析

针对仓储环境下农资物品与自动导引运输车(automated guided vehicle,AGV)的定位精度低的问题,开发了适用于农资仓储环境下的脉冲超宽带技术(impulse radio-ultra wide band,IR-UWB)室内定位系统。采用双面双程测距(symmetric double sided-two way ranging,SDS-TWR)方法,建立了考虑时钟频偏等因素的到达时间(time of arrival,TOA)定位系统模型。研究表明定位系统计算所带来的误差主要来源于距离测算方法和节点位置计算方法 2方面,在这2方面提出了相应的解决办法,包括测距算法的选择,基站的布置等。最后,以DW1000射频芯片为硬件基础,设计了定位系统移动站和基站节点,并在农资仓库的环境中分别进行了静态测距试验、静态定位试验、以及动态定位试验。试验表明:静态测距精度优于50 mm,静态定位精度优于50 mm,动态定位试验精度优于85 mm。综合结果表明,该文搭建的系统可满足农资物品定位的实际应用要求,可为室内农资仓储环境下AGV的定位和导航提供参考。

电磁脉冲作用下自由空间线缆的感应开路电压

运用时域有限差分法结合基于Kirchhoff积分的近/远场变换,计算了高功率微波(HPM)和超宽带(UWB)电磁脉冲作用下自由空间不同长度线缆上感应的开路电压,分析了感应电压峰值和线缆长度之间的变化关系以及入射波波形参数对其影响。计算结果表明,辐射场电场强度为50 kV.m-1的HPM和UWB作用在线缆上可以感应出几百V到数十kV的脉冲电压;感应电压的峰值与线缆长度之间并不是单调线性增加的关系;HPM的载频越高,感应电压峰值越小;UWB的脉冲宽度越宽,感应电压峰值越大。

多频带OFDM超宽带系统同步及信道估计算法

针对标准多频带正交频分复用超宽带系统,基于前导训练序列研究其同步及信道估计算法。相关检测用取中点来减小粗定时误差范围。细定时利用系统零保护间隔的特点找相邻窗口最小能量比,对频偏不敏感且抗多径干扰。对定时位置进行修正,避免了信息数据的丢失及符号间串扰。采用基带数字域跳频解跳的机制,使载波频偏的影响归结为与单频带系统一致,简化了同步算法。仿真表明,在较恶劣的信道条件下,残余定时误差仍很小,并由信道估计及均衡有效的吸收,频率同步及系统差错性能良好。

超宽带室内定位关键技术

超宽带信号的高时间分辨率特性非常适合用于室内场景下的精确定位。本文回顾了超宽带系统位置估计问题,首先介绍了超宽带(Ultra wideband,UWB)定位系统的特点,然后给出了定位基本原理,指出了超宽带定位系统设计中面临的两个重要挑战,分别是超宽带信号采样问题和到达时间参数估计问题,应用压缩感知理论解决问题并给出了最新研究成果,最后描述了一种精密实时的UWB商用定位系统。

基于超宽带的TOA-DOA联合定位方法

针对现有的大多数超宽带(ultra-wide band,UWB)定位方法至少需要3个基站,系统开销较大的问题,提出一种新颖的基于波达时间-波达方向(time of arrival-direction of arrival,TOA-DOA)联合估计的定位方法,仅需一个基站即可准确快速定位目标。利用酋矩阵束算法估计视距信号TOA和最小二乘估计准则估计视距信号DOA,得到目标的相对坐标。Matlab仿真实验证明,该方法的TOA和DOA估计精度较高,定位精度达到厘米级,而且复杂度降低为矩阵束算法的1/4,采样频率为亚奈奎斯特速率,易于实现,是一种简单有效的定位方法。

超宽带汽车防撞雷达的设计

将超宽带技术引入汽车防撞雷达领域。介绍了超宽带汽车防撞雷达对发射信号的要求,给出完整的系统框图和说明,介绍了通过PCI7300A数据采集卡对AD转换后的回波信号进行实时采集,并对采集到的数据进行时域处理的具体过程。重点提出了利用回波位置进行目标识别,以及利用3根接收天线来测角的新方法。针对汽车防撞的使用环境,只对存在相对运动的目标进行检测,从而降低了信号处理的难度,提高了图像的刷新率。

TH-PPM与TH-PAM超宽带系统的性能分析和比较

采用基于软判决和硬判决的方法,对跳时脉冲位置调制(time hopping-pulse position modulation,TH-PPM)和跳时脉冲幅度调制(time hopping-pulse amplitude modulation,TH-PAM)超宽带系统的误比特率性能进行了分析和比较.在加性高斯白噪声(additive white Gausses noise,AWGN)信道下,研究了TH-PPM和TH-PAM超宽带单用户系统接收端信号进行软判决和硬判决时的性能,同时分析比较系统在两种调制方式下采用不同脉冲重复次数时的性能差异.仿真结果表明,在AWGN信道下,TH-PPM和TH-PAM的系统性能均随脉冲重复次数的增加而明显改善,并且后者优于前者.此外,采用软判决时的系统性能优于采用硬判决时的系统性能.