基于改进麻雀搜索算法的无线传感器网络定位研究

针对距离矢量跳(DV-Hop)算法在无线传感器网络中存在的定位误差大的问题,提出了一种基于改进麻雀搜索的无线传感器网络定位算法。首先,针对传统DV-Hop算法,修正了节点平均跳距和节点最小跳数。其次,引入Sine混沌映射、自适应惯性权重和双样本学习策略提高算法的搜索能力;最后,利用MATLAB构建仿真模型进行性能对比实验。实验结果表明:与其他节点定位算法相比,所提算法可有效提高对未知节点的定位精度和收敛速度。

基于P波到时拾取的分析法与遗传算法联合定位方法与应用

针对岩石力学震源定位问题,提出了一种在P波到时精确拾取的基础上通过分析法过滤异常到达传感器和遗传算法(genetic algorithms,简称GA)求解联合定位方法,并将其应用于岩石材料的破裂面定位以及采矿工程中。为了消除传感器到时精度、传统迭代法及迭代初值选择对定位的影响,基于时频分析的改进长短时窗(short-term average/long-term average,简称STA/LTA)法拾取P波到时,求解不同传感器组合分析解的逻辑概率密度函数过滤异常到达,引入遗传算法对到达清晰的震源进行定位。通过断铅、含夹层组合煤岩单轴压缩试验及定点爆破试验对该方法进行验证。结果表明:在对信号预先带通滤波后进行变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)精确滤波的基础上结合改进STA/LTA法可以大幅提升到时拾取精度;通过分析法过滤异常到达对定位精度的影响,结合具有全局性、不受初值影响的遗传算法对震源定位,应用于岩石材料试验以及采矿工程中可以较准确的对震源进行定位,该方法较传统迭代法、线性定位法等更具有工程实际应用价值。

基于改进自适应IMM算法的高速列车组合定位

针对列车高精度定位问题,该文提出基于改进自适应交互多模型(IMM)的高速列车高精度组合定位方法。首先,根据列车定位需求和各传感器特点,设计了卫星接收器、轮轴测速传感器、测速雷达以及单轴陀螺仪4种传感器的组合定位方案。然后,针对IMM融合滤波算法因先验信息不准导致固定参数设置不当的问题,引入Sage-Husa自适应滤波和转移概率矩阵(TPM)自适应更新集成为自适应IMM算法。针对多模型切换的滞后问题,利用子模型似然函数值能快速反映模型变化趋势的特点,将似然函数值设为判定标志,并引入判定窗对TPM矩阵元素进行修正,有效提升了模型的切换速度。最后,基于改进自适应IMM算法对4种传感器定位信息进行融合滤波,实现高速列车的高精度组合定位。仿真结果表明:改进后的算法相比其他自适应IMM算法提升定位精度1.6%~14.7%,并且能通过提高模型间切换速度来有效降低位置误差峰值,同时具备较好的抗噪性能。

基于广义互相关时延估计(TDOA)算法的声源定位跟踪系统设计与实现

为实现在二维平面内对声源进行实时定位和动态跟踪,运用时延估计(TDOA)互相关算法设计一种原声监听头阵列的CC-TDOA声源定位跟踪系统,实现对多个原声监听头进行同步采样,再进行信号放大及运算处理,运用LCD屏实时显示目标声源的距离和方位角度,同时运用二维云台控制激光笔对准声源,并持续动态跟踪声源。模拟仿真及真实环境实验测试表明,采用基于到达时间差的互相关定位算法,计算量小,精度较高,测试角度误差小于2o,距离误差小于1.2%,可以满足多种智能应用场合中声源实时定位与跟踪的要求。

基于射频技术的典型无人机定位算法研究

为提高机场运行的安全性,解决各类“黑飞”现象,以射频定位技术得到的信息数据作为基础,通过相关算法进行计算,得出目标位置,并分析多地面射频侦测站布局对无人机定位精度的影响,确定协同算法的定位精度大于单一定位的精度,基站数量越多定位越精确。

共形天线表面微小焊盘视觉定位算法设计

共形天线是一种特殊形态的新型雷达天线,具有低剖面性以及低散射面积,是未来雷达天线发展的重要趋势之一。当前,共形天线的装配方式正由人工装配转向自动化装配以提升生产效率和批产一致性,但共形天线表面的焊盘尺寸小,数量多且分布在复杂曲面上,现有视觉定位算法难以满足实际使用需求。为此,文中提出了一种多目标亚像素定位算法。该算法结合了模板匹配和亚像素定位算法,可以同时给出多个焊盘的精准位置信息。由仿真分析与实验验证可知,该算法的视觉定位精度可达5μm,有效提升了共形天线的装配质量。

基于模拟并行蚁群算法的无线传感器网络异常节点自适应定位方法

由于无线传感器网络自身节点数量庞大,导致在异常节点自适应定位过程中,定位到的异常节点个数较少的问题.针对上述问题,提出基于模拟并行蚁群算法的无线传感器网络异常节点自适应定位方法.从网络中提取出异常节点的原始数据,并对异常节点数据属性进行详细的解析,根据解析后的数据属性,利用蚁群算法的优化搜索特性,结合并行计算的思想,建立并行蚁群算法模型,模拟蚂蚁在寻找食物过程中的协作和寻优行为,运行并行蚁群算法,获取异常节点的估计坐标值,实现节点的自适应定位.实验结果表明,该方法在面对复杂网络环境和多种异常类型时能够定位到多个异常节点,增强了定位方法的鲁棒性和自适应性.

基于改进LANDMARC定位算法的人员定位技术研究

在万物互联时代,通过定位系统完成人员定位监督成为了可能,同时该项技术也日益完善。当前,基于RFID无线视频技术的局域网人员定位被广泛应用于智慧园区员工管控、重点人员监管等方面。提出了一种基于RFID的局域网人员定位算法,通过优化LANDMARC算法,对采集到的信号分别引入高斯平滑滤波器和卡尔曼滤波器,去除影响信号强度的噪声,提升定位算法的稳定性;针对LANDMARC定位算法定位精度受K值影响较大的问题,引入Logistic回归模型,以提升算法定位的准确度,有效解决了RFID在有金属、水等障碍物情况下定位精度误差大的问题,降低了外界干扰,可为人员的精准定位提供技术手段。

基于多通信半径和改进麻雀搜索算法的DV-HOP节点定位研究

在无线传感器网络中,传统DV-Hop(Distance Vector-Hop)算法因跳数和平均跳距计算存在较大偏差,从而对未知节点定位产生较大误差.针对该问题,设计了基于多通信半径和改进麻雀搜索的DV-Hop定位算法.首先采用多通信半径修正节点间的跳数,使跳数值较真实反映两个节点间的距离.其次采用修正的跳数去修正信标节点的平均跳距,从而获得未知节点到各信标节点修正后的距离.最后采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)估算未知节点位置,将节点定位问题转化为函数寻优问题.针对麻雀搜索算法前期容易陷入局部最优解,后期寻优精度不高的问题,提出将Levy飞行策略引入麻雀搜索算法中,提升算法的全局寻优能力.仿真结果表明,与传统DV-Hop算法、SSA DV-Hop算法相比,改进SSA DV-Hop算法的定位精度明显提高.

基于TDOA声源定位算法的激光武器狙击手攻击系统设计

针对现代战场中对狙击手实现快速打击的需求,本文设计了一种基于TDOA声源定位算法的激光武器狙击手攻击系统,该系统以STM32单片机为主控制器,以驻极体麦克风为声音检测传感器,利用TDOA算法实现音源的坐标测量。为了提高测量速度,本文采用查表法代替传统的最小二乘拟合的方法求解非线性方程组,使得.整机可以采用单片机作为核心处理器,降低了系统的功耗和体积。最后,本文通过实验测量所设计的枪声定位系统,距离测量误差小于±01m,角度测量误差小于±1°,测量时间不超过2s。此外,本系统可以用激光指示出声源所在位置,模拟使用激光武器打击目标。

一种基于SSA-DBN的室内可见光指纹定位算法

室内可见光定位在精度方面有着较高的要求,针对这一问题,文中提出了一种麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)优化深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)的室内可见光指纹定位算法。首先,采用信号强度特征值与位置坐标建立离线指纹库;其次,利用麻雀搜索算法较好的全局探索和局部开发的能力,对深度置信网络的初始权阈值进行优化,建立网络训练模型,对待定位目标的位置进行预测,避免了DBN陷入局部最优以及收敛速度较慢的问题。最后,利用已建立的离线指纹库数据,计算定位误差并分析。在4 m×4 m×2.5 m的空间中进行实验,结果表明:文中算法的平均定位误差为3.51 cm,定位误差在6 cm以内的概率为89.9%,与DBN定位算法相比,平均定位误差下降了约22.5%。

基于改进LightGBM的室内指纹定位算法

针对室内定位算法在定位时所用时间较长和定位精度较低的问题,提出了一种基于改进LightGBM(light gradient boosting machine)算法的室内定位算法。该算法首先针对指纹库中的数据进行预处理,通过KNN(K-nearest neighborhood)算法去除异常点和离群点,降低环境噪声干扰,提高数据可靠性。接下来,将样本集划分为训练集和测试集,使用LightGBM算法对进行建模。同时,使用遗传算法调整LightGBM算法中的参数,并根据适应度函数寻找最优参数,得到LightGBM+GA(genetic algorithm)坐标预测模型。最后,根据优化后的参数建立预测模型实现坐标预测。实验结果表明,该算法在WiFi定位的精度上较与极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)算法提高0.1 m,相较于GBDT(gradient boosting decision tree)算法提高0.19 m,在定位时间上,LightGBM+GA算法比GBDT算法快5.10 s,比XGBoost算法快5.97 s,具有较好的实用性。

基于优化领先狼群算法的微震源定位研究

为分析不同启发式方法对求解微震源定位精度问题的影响,提出一种优化领先狼群算法。该算法在领先狼群算法的基础上,调整搜索步长和围攻步长两个参数,提高了在搜索过程中跳出局部最优解的能力。通过理论模型反演和工程数据分析,验证了优化领先狼群算法的有效性。与常用的粒子群算法和模拟退火算法两种启发式算法相比,优化领先狼群算法收敛更快,精度更高,受P波波速误差影响更小。该算法为智能启发式算法应用于微震源定位提供了新思路。

基于改进烟花优化算法的三维空间气体源定位

为探究三维空间中气体源定位及其源强反算问题,提出1种改进烟花爆炸算法(GWOFA)。将定位过程分为全局定位过程和局部定位过程。全局定位过程即结合灰狼优化算法和莱维飞行在三维空间中的全局搜索过程;局部定位过程是在全局定位的结果上的进一步开发过程,其通过引入边界条件的爆炸半径选取方式和选择策略更加高效地改进烟花优化算法实现。研究结果表明:本文算法相比于支持向量机回归模型(LinearSVR)、GWO算法和粒子群算法具有更高精确度,相比于GWO算法和粒子群算法具有更高稳定性和更低随机性;在气体源定位问题上,本文算法整体表现优于LinearSVR、GWO算法和粒子群算法。研究结果可为解决三维空间中气体源定位问题和相关参数估计问题提供新的思路方法。

基于自适应模拟退火优化算法的集合式电容器局放定位研究

集合式电容器内部局部放电问题可能导致绝缘介质破坏和设备故障。已有的局部放电检测技术在集合式电容器中受到电磁干扰的限制。为此,提出了一种自适应模拟退火粒子群超声定位方法。该方法结合超声检测法克服电磁干扰对定位精度的影响,通过对粒子群参数进行自适应优化,并应用模拟退火和轮盘赌策略进行优化。为检测该方法的效果,通过对比实验表明,该方法提高了定位的准确性和稳定性,为集合式电容器局部放电定位问题提供了有效的解决方案。

一种改进组合加权的TDOA室内二维定位算法

针对现有组合加权算法对定位区域边缘的目标定位时精度较低的问题,在现有组合加权算法的基础上提出了一种改进算法。首先,将基站分组,以到达时差算法得到目标位置的多个估计结果;其次,计算各估计结果之间距离值并排序,以滑动窗口法判断是否存在基站组出现异常定位估计;最后,当任意基站组的定位结果发生异常时,使用目标位置估计结果及其估计克拉美罗下界值设计两个加权步骤的权值,通过二步组合加权算法得到最终定位结果。仿真结果表明,所提算法有效减少了原组合加权算法对定位区域边缘的目标定位时的误差,当测量噪声标准差为0.8 m时,所提算法相较于原算法在正方形边缘区域定位均方根误差减小了0.35 m;在定位狭窄矩形区域时,所提算法平均定位均方根误差减小了0.11 m。

基于改进蚁群算法的高精度水声定位航路规划

精确的水声定位是进行海洋资源勘探、海底管道敷设、海洋地形测绘等海洋开发活动的前提。其中一类典型的定位目标是可发射周期声信号的固定信标。文章利用单个自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)对该类目标进行定位,其中一个关键问题是AUV的航路规划。传统的航路规划方法通常研究避障和路径长度最优化,未考虑定位问题的特殊性,而最终的定位精度是与航路息息相关的。因此,传统的航路规划方法容易导致所规划航路的定位精度较差。针对这一问题,文章在传统蚁群算法的基础上,首先引入Bresenham画圆算法规划圆形航路,保持定位目标处于AUV舷侧声呐视野范围内,避免信号缺失;同时在信息素设计中加入了定位精度因子,使得所规划的航路能充分考虑到定位精度。仿真实验表明,文中所提出的方法可以在传统航路规划避障能力、路径长度优化能力的基础上兼顾定位任务,提高针对声信标类目标的定位精度及定位鲁棒性。

工业机器人装配中基于相机位姿估计算法的单目视觉定位研究

为了提升工业机器人在装配作业中的效率和精准度,结合软指派算法进行研究,构建基于相机位姿估计算法的单目标视觉定位系统,并对其进行仿真验证。实验结果显示,在参数对成功率的影响实验中实验成功率最低为92.5%,在图像噪声对成功率的影响实验中成功率最高达到了97.5%,位置估计误差最大值不超过4 mm,旋转误差在伪特征点的数量为最大时得到了最大值7°。

基于PDR算法与伪平面技术的井下人员定位方法研究

为了降低行人航位推算(Pedestrian dead reckoning,PDR)算法在进行井下人员定位时产生的累积误差,提出了一种基于PDR算法与伪平面技术的井下人员定位方法。首先,采用惯性导航传感器获取井下人员的步态信息,通过线性步长估计模型和四元数法实现步长估计和方向估计,利用PDR算法推算人员的位置;其次,使用井下人员活动区域以及预设的标记点构建伪平面,并将井下人员位置映射到伪平面坐标上,为降低PDR算法的累积误差做准备;最后,采用SVM进行井下人员活动检测,通过转弯活动判断其是否处于特殊标记点,将PDR解算的位置与伪平面内已知转弯位置标记点进行相关性分析,完成伪平面信息与工人位置的匹配,校准并更新PDR位置,降低累积误差。结果表明:井下工人在完成单个转弯活动过程中,传统PDR算法解算位置平均误差为0.98 m,而进行伪平面修正后平均误差降低到0.31 m;在完成区域性多活动过程中,采用伪平面技术修正后的PDR平均定位误差从1.08 m降低到0.38 m。因此,所提出的井下人员定位方法有效提高了PDR算法的定位精度。

基于BAS的模糊PID解耦算法在船舶动力定位中的应用

模糊PID应用于船舶动力定位控制时,因无法保证量化比例因子选取到最优值可能限制控制性能。基于某动力定位船舶的三自由度运动模型,利用串联补偿解耦算法消除船舶横荡与首摇控制量的相互影响,选取纵荡与横荡的时间乘绝对误差积分(Integrals of Time-weighted Absolute Error,ITAE)之和为目标函数,尝试利用天牛须搜索算法(Beetle Antennae Search algorithm,BAS)对模糊PID中的量化比例因子进行优化。利用Matlab/Simulink,采用PID、模糊PID、基于BAS的模糊PID等3种控制策略,对定点定位工况下动力定位船舶在无干扰和瞬时干扰条件运动响应进行仿真。研究发现,相比于PID和模糊PID,基于BAS的模糊PID在纵荡和横荡运动控制上可显著提高控制精度并减少超调量,进而可改善动力定位系统性能。