近场无线定位算法及超声定位AGV技术研究

论文摘要

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。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线定位技术的发展现状
• 1.2.1 无线定位方法与原理
• 1.2.2 无线定位技术研究现状
• 1.3 无线定位AGV 技术发展现状
• 1.3.1 AGV 技术的研究与发展现状
• 1.3.2 AGV 技术的组成
• 1.3.3 各种AGV 导引方式的特点
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 相关数学模型和数学方法
• 2.1 近场无线定位的数学模型
• 2.1.1 近场源定位二维模型
• 2.1.2 近场源定位三维模型
• 2.1.3 近场模型与远场模型之间的关系
• 2.2 矩阵代数相关知识
• 2.3 高阶统计量
• 2.3.1 高阶矩和高阶累积量
• 2.3.2 高阶累积量性质
• 2.4 高阶循环统计量理论
• 2.4.1 循环相关函数
• 2.4.2 高阶循环矩和高阶循环累积量
• 2.4.3 循环累积量的特性
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于四阶累积量的宽带二维近场源定位方法
• 3.1 宽带近场源估计信号模型
• 3.2 宽带近场源的聚焦处理
• 3.3 基于四阶累积量的方位角和距离参数联合估计
• 3.4 仿真实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于二阶统计量和四阶循环统计量的近场源二维定位算法
• 4.1 二维近场源定位模型
• 4.2 近场求根MUSIC 方法
• 4.2.1 基于二阶统计量的求根MUSIC 方法
• 4.2.2 仿真实验
• 4.3 基于四阶循环统计量的近场源二维定位算法
• 4.3.1 四阶循环MUSIC 方法
• 4.3.2 仿真实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于四阶累积量的近场源三维定位算法—联合估计方法
• 5.1 载波频率未知的近场源定位模型
• 5.2 四阶TLS-ESPRIT 方法
• 5.2.1 四阶累积量矩阵的构建
• 5.2.2 配对方法
• 5.3 仿真实验
• 5.4 本章小结
• 第6章 复杂噪声下多径信号的到达时间差MTDOA 估计
• 6.1 时延估计的观测模型
• 6.2 参数型多径时延估计方法
• 6.3 仿真实验
• 6.4 本章小结
• 第7章 超声定位AGV 系统组成与原理
• 7.1 AGV 概述
• 7.2 AGV 的超声波定位原理
• 7.2.1 AGV 超声波定位方案的可行性分析
• 7.2.2 三超声传感器定位系统模型
• 7.2.3 两超声传感器定位系统模型
• 7.2.4 双发射+双接收超声波传感器系统定位模型
• 7.3 超声波时延提取算法
• 7.3.1 超声时延提取理论分析
• 7.3.2 动态双阈值时延提取算法
• 7.3.3 相关函数时延提取法
• 7.4 AGV 系统组成
• 7.5 AGV 定位系统时序
• 7.6 AGV 运动学模型及导航算法
• 7.7 AGV 系统软件组成及系统测试
• 7.8 本章小结
• 第8章 全文总结
• 8.1 主要工作与结论
• 8.2 今后待研究的问题
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract