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近场无线定位算法及超声定位AGV技术研究

燕学智  
【摘要】: 本文将高阶累积量和高阶循环统计量等信号处理工具应用于近场无线定位领域的研究中,分别对宽带近场源定位、窄带近场源定位、声源定位中的TDOA技术作了深入研究,同时将研究成果应用到自动导引车辆(AGV)技术当中。 对宽带近场源定位进行了探索性研究,将基于相干信号子空间方法的宽带远场信源定位思想拓展到二维宽带近场源定位的研究,提出了一种基于相干信号子空间方法(CSM)的二维宽带近场源定位方法。该方法将宽带近场源分成多个频带,同时构建了累积量矩阵,通过对累积量矩阵的特征分解进而估计近场源参数。该算法无需谱峰搜索即可估计近场源参数,同时能去除高斯有色噪声。 针对窄带二维近场源的定位问题,提出了基于二阶统计量的二维近场求根MUSIC方法。该方法无需搜索就可估计近场源的二维参数,因而具有计算量小的优点。从消除循环干扰信号及抑制循环高斯白噪声角度出发,提出了一种基于四阶循环累积量的二维MUSIC算法。针对窄带三维近场源的定位问题,本文提出了一种估计三维近场源参数的新方法。该方法针对各个近场源参数的情况能进行有效配对,同时提出方法能有效估计近场源参数,并对高斯噪声不敏感。 通过对声源定位问题进行研究,提出了多通道干扰下的基于循环相关的参数型时延估计方法,该方法可准确地进行多径传输情况下的时间延时估计,为基于超声波的AGV实际定位算法奠定了理论基础。 系统分析了基于超声波的AGV定位理论,提出了一种基于双发射+双接收超声传感器的AGV定位系统模型,能够在不借助编码器等角度测量装置的情况下,同时得到AGV位置信息和姿态信息。通过分析超声信号的波形特征,提出了动态双阈值时延提取算法,进而借助两步相关函数算法,实现了时延提取。在分析了AGV的运动学模型的基础上,提出了横向预描导航算法,给出了系统的控制方程。实验结果表明本文开发的AGV系统具有自由灵活、定位精度高、实时性好等特点。


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