基于UWB与物联网的移动式温室环境监测系统设计与实现

为低成本实现对温室不同区域环境的全面感知，该研究设计了移动式温室环境监测系统，其采用超宽带（Ultra Wide Band，UWB）网状拓扑结构进行分布式组网，节点设备以一主多从的形式对移动工作台实时定位。利用优化后的双向双边测距算法计算各基站与标签之间的距离，通过距离的归一化残差分布判断是否存在非视距（Non Line of Sight, NLOS）误差，利用改进后的增量卡尔曼滤波算法消除NLOS误差，通过Chan算法解算标签准确位置。移动工作台以Arduino控制器为核心，搭载温度、湿度、二氧化碳和光照度传感器，实现对温室环境的实时监测和对移动工作台的远程控制。测试结果表明，系统静态定位最大横向偏差为7.92 cm，最大纵向偏差为7.98 cm，横向和纵向偏差的平均值均<5 cm；移动工作台以0.4 m/s的平均速度行驶，动态定位最大横向偏差为8.7 cm，平均横向偏差为4.7 cm；采集参数上传平均丢包率为2.78%；温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度监测相对误差分别低于0.63%、0.34%、0.70%和0.67%，满足温室环境信息移动监测要求。该研究对温室环境调控和温室内作业机具精准定位技术的发展具有一定的理论意义和参考价值。     

钢筋混凝土无损检测的手持式探地雷达研制

根据钢筋混凝土无损检测的特点和超宽带雷达探测原理,研制了一种手持式高分辨率超宽带探地雷达系统.阐述了基于无载频脉冲发射机、等效时间采样接收机和超宽带收发天线的低成本射频模块的基本结构和工作原理,描述了集雷达控制、数据采集和图像处理于一体的嵌入式控制模块的设计方法.软硬件集成提高了系统的便携性、可靠性和实时性.原理样机实验结果表明：该检测系统可有效检测埋深为0~35 cm,间隔6 cm以上的Φ6钢筋位置和保护层厚度,并可反映钢筋混凝土的其他特性.     

基于Kalman滤波的UWB的TOA估计

提出了一种基于卡尔曼滤波的TOA估计算法,充分利用了卡尔曼滤波的预测功能,以预测值为中心对接收信号进行加窗处理,对此窗口内的接收信号作主成份分析得到测量值,然后对预测值进行修正.实验结果表明,与传统的TOA估计算法相比,该算法不仅使信噪比提高了约8～12 dB、均方误差降低了3～4个数量级,而且更便于实时实现.     

Soft-decision Decoding of MPPM and Its Application in Ultra Wideband Communications

Pulse Position Modulation is quite suitable for UWB. Existing methods for MPPM decoding are based on harddecision. As the information of the received signal has been deeply used by the soft decode technology, demodulation can be realized more perfectly. The soft decode technology of pulse position modulation was proposed. Formulas for soft-decision computaion have educed. Theoretic analysis and simulation results show that the proposed method achieves excellent performance than the hard decoding method, and that it is fit for UWB.     

A blind adaptive reduced-rank receiver for ultra-wideband communication systems

A low-complexity blind adaptive receiver for ultra-wideband (UWB) systems in the presence of both multiple access interference (MAI) and inter symbol interference (ISI) is proposed, which is composed of two stages. In the first stage, a reduced-rank algorithm based on the multi-stage Wiener filter (MSWF) is considered to suppress the MAI and extract multi-path components. Channel estimation using the projection approximation subspace tracking with deflation (PASTd) algorithm and multi-path combining are then performed to further enhance the signal to interference plus noise ratio (SINR) of the desired user in the second stage. The simulation results show that the proposed receiver exhibits reasonably good bit error ratio (BER) performance compared with those of matched filter, conventional Rake receiver, decorrelating Rake receiver and adaptive receiver based on constant modulus algorithm (CMA). Moreover, it has faster convergence speed and less complexity.     

基于UWB定位的农业机械辅助导航系统设计与试验

【目的】低成本实现南方中小型田块中农业机械田间精确定位,降低农机操作人员劳动强度、提高农机作业效率。【方法】采用超宽带(Ultra wide band,UWB)技术对作业机械进行实时定位,通过位置解算算法,得到定位标签的三维精确位置坐标;利用位置校正算法,修正作业机械车身倾斜引起的田间定位误差;设计基于AB线的路径规划算法,实时规划作业路径并计算作业偏差;通过可视化人机交互界面为农机操作人员提供实时辅助驾驶信息。【结果】水田环境中,分别以0.5、1.0和1.5 m/s的速度沿规划路径行驶时,系统平均横向定位偏差均小于7 cm;当行驶速度大于1.0 m/s时,利用位置校正算法平均横向定位偏差降低了52.79%,标准差降低了49.82%,最大横向定位偏差降低了50.04%。搭载辅助导航系统进行田间插秧试验,各行作业轨迹与自身行拟合直线的平均横向偏差为5.90 cm,标准差为3.64 cm;各行作业轨迹与其规划直线路径的平均横向偏差为6.98 cm,标准差为4.95 cm。【结论】辅助导航系统具有较高的定位精度和良好的稳定性,成本低且通用性强,能够满足南方中小型田块中农业机械田间作业要求。研...     

UWB定位摄影测树仪设计与试验

为了实现森林样地高效、精准测定,该研究研制了一种具有实时定位功能和林分摄影测量功能的超宽带(Ultra Wide Band, UWB)定位摄影测树仪,该仪器主要由姿态传感器、UWB定位模块、CCD镜头和固定杆组成,以UWB定位技术和摄影测量理论为基础,结合到达时间差(Time Difference of Arrival, TDOA)定位算法、三边定位算法、运动恢复结构(StructureFromMotion,SFM)点云匹配算法实现摄影测树仪的林下精准定位、影像获取以及林木坐标测量、胸径测量功能。为了验证仪器的林分参数提取准确性,选择4种不同林种的人工林进行试验。根据摄影测量影像特征点的匹配特点,设计"环绕拍摄"样地观测方法,利用Pix4D软件对拍摄的影像和点位坐标进行三维点云构建,利用LiDAR360对重建后的三维点云进行去噪处理、胸径和立木位置提取。结果表明,所设计的仪器能够快速获取样地影像和影像坐标信息,胸径测量值的偏差为-0.04～0.42 cm,均方根误差为0.26～0.51 cm;立木位置测量值偏差为-0.16～0.27 cm,均方根误差为0.23～0.34 m。胸径测量精度能够满足森林资源调查的精度要求,可进一步推广应用于森林资源调查。     

基于UWB定位系统在粮库中的应用分析

粮库中熏蒸投药散气、清理粮食挂壁、应急救援等仓储作业项目存在较高的危险系数,为使危险作业过程得到有效监管,提出了一种基于UWB技术的定位系统。与其它定位技术相比,该技术具有能耗低、精度高、抗干扰能力强等优点,可在粮库生产场景中得到广泛应用,进一步确保粮库安全生产,契合智能化粮库建设的需求。     

基于超宽带的温室农用车辆定位信息采集与优化

针对温室环境下农用车辆定位精度低的问题,开发了适用于温室环境的超宽带技术(Ultra wide band,UWB)室内定位试验平台。首先,以Ubisense射频芯片作为硬件基础,设计了定位平台标签和基站,并采用到达时间差(Time difference of arrival,TDOA)定位测距方法获得定位结果;然后,分别利用K-means聚类与截段处理的方法进行静态、动态定位信息优化计算,以减小脉冲信号传播特性和单一测距方式等导致的测量误差,获得准确的定位信息,实现温室内农用车辆的精确作业;最后,在温室环境下分别进行了静态定位试验与动态定位试验。试验结果表明,优化后的静态定位精度平均值为0.063 4 m,改进后的动态定位精度精确到8 cm的概率是原先TDOA算法的3.7倍。所搭建的定位试验平台满足温室农用车辆定位的实际应用要求,可为温室环境下农用车辆的定位和导航提供参考。