定位跟踪系统

定位跟踪系统（共11篇）

定位跟踪系统 篇1

随着我国工业化的快速发展,对矿产资源的需求日趋增加。尽快发现新的矿产资源地,成为地质行业面临的重大问题,而位于地表浅层及交通便利地区的各种矿产已经陆续被发现和开发,地质找矿工作不得不转向交通不便、通讯盲区,甚至无人区。

在地形条件复杂、地理环境恶劣的无人区和通讯盲区,野外技术人员经常面对各种困难和危险,如遭遇毒蛇咬伤、高空坠落、沼泽湖泊、牧狗甚至野兽、洪水等。此外,与当地牧民发生矛盾也常危及工作及生命安全。当险情发生时,野外人员唯一依赖的GPS或卫星电话失灵无疑是最致命的,有些危险常常在瞬间发生,根本来不及通过卫星电话寻求救援,野外基地或车载中心也由于不能实时掌握野外工作人员的动态信息,从而失去主动救援的良机。

细数历来发生野外失踪人员,最终遇难的在多数,幸免于难的凤毛麟角,主要原因就在于搜救人员是被动的了解有人可能失踪,失踪时间、失踪位置,都无法知道,只能靠推测,开展地毯式排查的方法来搜救,这期间不仅浪费大量财力人力物力,更重要的错失了营救的最佳时期。这些血的教训历历在目,时有发生。随着我国每年地质勘查工作任务量不断增大,由于野外地质工作安全保障程度低、风险大,地质勘查行业每年伤亡人数持续上升,地质勘查行业已列入高危行业[1]。

由此可见,研发野外无人区、通讯盲区技术人员追踪定位系统的必要性和紧迫性,本文提出了一种基于北斗卫星的野外通信盲区追踪定位系统,以实现野外通信盲区对工作人员实时追踪与定位。

一、系统整体框图

本野外追踪定位系统主要有两部分构成,配备给野外工作人员的手持定位导航终端与营地的监控指挥中心,系统总体框图如图1。

手持定位导航终端包括GPS模块、北斗模块与装载安卓操作系统组成的一体式手持式设备,实现定位导航、精密授时、短报文通信和紧急报警等功能;监控指挥中心由北斗卫星一体机、中心服务器、数据库和监控平台组成,拥有人员实时定位、数据通信、路径查询与紧急报警等功能。

二、手持定位导航终端

卫星定位导航系统如今常用的有GPS卫星定位系统与北斗卫星定位系统两种,GPS是美国从20世纪60年代提出方1993年全面建成的卫星导航系统,具有定位精度高,定位速度快的优势,目前已被广泛应用于各行各业[2]。北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统,具有一定的保密、抗干扰和抗摧毁能力[3]。自2011年12月27日起,北斗卫星导航系统开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。其范围覆盖中国及周边国家和地区,24小时全天候服务,无通信盲区,具备定位与通信功能,无需其他通信系统支持,比起其他的导航系统,北斗的短报文通信服务,具有无与伦比的优势,从而可以使中心控制系统与用户终端之间进行数据通信。

本系统的手持定位导航终端采用的是智星通公司的BD-S-01A北斗手持终端,该手持终端包括GPS模块、北斗模块与装载安卓操作系统组成的一体式手持式设备。设备有GPS卫星和北斗卫星双定位导航系统并内嵌离线地图,同时具有短报文通信、精密授时与紧急报警功能,机内配置的电池能够保证终端持续工作8小时以上(发射频度不超过1次/分钟)。

将GPS和北斗定位导航系统结合在一起使用[4],不仅可以充分发挥GPS定位导航的优势,增加定位精度,而且发挥北斗的用户终端和中心系统的通信功能,有助于实现野外工作人员的定位、导航、通讯、指挥、调度等工作,同时为各种突发事件提供安全、可靠、便捷的通讯保障服务。

野外工作人员配备手持定位导航终端后,可查看自己的当前位置,进行定位和导航,并且接收来自监控指挥中心的指令或向中心反馈勘查情况。而营地监控人员通过定位终端返回系统的信息,可以了解勘查人员的行走路线和出勤情况等,一旦发生紧急情况,营地监控人员可以根据各野外工作人员所在位置,进行规划抢救,安排人员最快赶赴现场,确保了野外人员的生命安危。

三、监控指挥中心

营地监控指挥中心可让营地人员实时了解与指挥野外工作人员,由北斗卫星一体机、监控平台和数据库构成。

北斗一体机是手持定位导航终端与监控平台通信的枢纽。营地监控指挥中心的北斗卫星一体机不但能够定位和通信,还可实时监控下属用户的位置和通信信息,实现对野外工作人员的监控指挥,北斗一体机将各野外人员的位置及短消息等信息传回营地中心的数据库,供监控平台调用。

监控平台是营地指挥中心人员的系统操作平台,为中心人员提供了野外工作人员的位置信息、行走路线信息、与野外人员互通信、历史工作统计查询等功能。平台采用B/S的构架方式,结合Google Map API的GIS(Geographic Information System,地理信息系统)作为地图定位基础服务,在地图上直接的实时显示各野外人员的位置与路径,并了解当地的地形特性信息,为营地中心的指挥工作提供了支持和帮助。在出现意外事故的时候,监控平台可实现紧急报警通知,进行紧急救援处理。

数据库是监控平台与数据存储中心,用于存储卫星地图、野外人员返回的实时与历史位置、通信及指令信息。监控平台通过调用数据库的数据来实现系统数据的存储、管理与备份。

3.1 北斗数据接收协议

北斗一体机是将北斗处理芯片与天线合为一体设备,可获取定位导航终端上传的经纬度、海拔、电池电量与短消息等信息,营地中心可及时掌握各个野外工作人员的情况,及时发现异常状况。并向各手持定位导航终端发送通信信息和命令指令等。

中心服务器与北斗一体机由RS-232串口通信接口连接,可对北斗设备进行数据通信、参数配置和故障诊断等功能。北斗卫星的通信协议主要包括IC检测、定位申请与通信数据这三类。接口数据传输基本格式如表1:

其中每段数据包都由‘$’开头,数据包头的“指令”用以识别各个不同的命令,传输时以ASCII码表示,每个ASCII码为一个字节,如通信信息的指令为“$TXXX”;“长度”表示从起始符“$”开始到“校验和”(含校验和)为止的数据总字节数;“用户地址”为与北斗用户机ID号,长度为3字节,其中有效位为低21bit,高3bit填“0”;“信息内容”用二进制原码表示,各参数项按格式要求的长度填充,不满长度要求时,高位补“0”。信息按整字节传输,多字节信息先传高位字节,后传低位字节;“校验和”是指从“指令或内容”起始符“$”起到“校验和”前一字节,按字节异或的结果。

北斗卫星连续2次发送通信至少需要1分钟的时间间隔,同时北斗二类民用用户一次只能传输最多77字节的数据。为了让监控指挥中心能获得各野外工作人员的位置与情况,本系统将北斗通信协议信息内容的前13字节固定用于传输经度、纬度、海拔、电池电量与报警指令等内容,最后64字节作为短消息使用,数据包协议分配如表2:

营地中心的北斗将会每隔1分钟接收一次各野外人员手持终端传回的信息,将数据包解析后,判断是否触发紧急短信报警,同时将发送用户ID号、GPS位置、设备的电池电量、短消息等信息保存入数据库,等待监控平台的调用。

3.2基于Google Maps API的监控平台系统

Google Maps API通过地图服务应用接口将应用开发平台和地理信息数据捆绑,将复杂的地理信息系统底层进行封装,用户可不必了解它的技术细节就能在应用中快速构建基础地理底图[5],进行各种专题要素及地图查询等网络地图服务,从而快速地在网站中构建功能丰富、交互性强的地图应用程序。该系统正是以Google Maps API为基础,采用Javascript脚本语言进行扩展开发,在地图上显示野外人员的行走线路。

如图2所示,基于Google Maps API接口实现的监控平台,软件构架主要分为三大块模块,监控平台模块、地图模块与数据模块。监控平台系统采用B/S的构架方式,包含实时位置显示、历史路迹查询、指令发送接收、短消息查询与人员设备管理等功能。地图模块系统通过Google Map地图引擎以及Google Map基础地理数据,来实现监控平台的可视化管理方式。

数据模块用于存储所以野外人员的行走路径、通信及指令信息、各人员设备的基本信息和分配信息、系统实时运行数据等。数据模块为监控平台系统提供了的数据存储、管理和备份服务。

监控平台显示实际效果图3。野外人员通过北斗定位终端的手持设备,将其位置信息实时传回营地中心,营地中心的监控平台将各人员行程信息显示在地图上,营地中心的指挥人员可以通过监控平台进行实时监控人员的经纬度、海拔、设备电池电量与历史通信记录等相关信息。一旦出现事故,户外人员通过北斗手持设备一键报警!营地中心最迟会在1分钟内接收到报警信息。同时,返回的数据中包括野外人员的北斗设备电池电量,一旦检测到电池电量不足,会发出警报提醒更换电池。若不幸失去联络,营地中心可更具最后一次所在地点与断电时间推断野外人员位置,最大限度的保证了野外人员的生命安全!

四、结论

本文提出了一种基于北斗卫星的野外定位跟踪系统,利用我国自发研制的北斗卫星定位系统应用于野外勘查领域,并通过测试验证了系统的可行性与可靠性。野外工作人员通过手持式北斗定位导航终端,实时将其位置信息发送回营地中心。营地中心以Google Maps API接口实现的监控平台,采用B/S构架方式,实时显示人员位置,历史路径查询,短消息查询与设备管理等功能,系统能为野外勘查路线实时指挥与保障了人员生命健康。

参考文献

[1]李季.地质勘探事故统计分析及对策研究[J].中国安全生产科学技术,2011-383-86

[2]陈磊,梁强.GPS原理及应用简介[J].科技信息(学术研究),2008,(22):188-190.

[3]王青,吴一红.北斗系统在基于位置服务中的应用[J].卫星与网络,2010,(4):40-41.

[4]陈俊,张雷,王远飞.基于北斗和GPS的森林防火人员调度指挥系统[J].软件,2012(2):27-30

[5]李艳.基于地图API的Web地图服务及应用研究[J].地理信息世界,2010,04(2):54~57

定位跟踪系统 篇2

对仅有方位量测的被动目标跟踪问题建立了一种拟线性时变模型,利用增广卡尔曼滤波讨论了可测性,给出了它的滤波解、离散系统及其解析解,本模型不需要任何初始估计;对算法进行了蒙特卡罗仿真试验,给出了不同噪音水平下4种典型态势的仿真结果.

作 者：许志刚 董志荣 作者单位：许志刚(淮海工学院,连云港,22)

董志荣(江苏自动化研究所,连云港,22)

定位跟踪系统 篇3

GPS系统是利用卫星进行测时、测距的系统。GPS的定位方式分为绝对定位和相对定位。GPS相对定位用于大地测量。目的是要测量被测量点相对于某一已知点的位置。不是直接测量被测点在WGS-84地心坐标系的绝对位置。而对于运动的目标瞬间位置和运动速度的测量是采用GPS绝对定位方式。无论那一种方式，都是由GPS同时观测4颗以上的卫星，根据每颗卫星的位置和每颗卫星与被测点的伪距数值，建立伪距定位方程组，通过对方程组求解和进行误差校正运算，得到被测点在WGS-84地心坐标系的坐标，然后转换成‘新1954年北京坐标系’的坐标。

对于建立GPS移动目标跟踪系统的关键技术是将GPS发布的广播电文通过通信平台发送出去。实现手段有两种：一是申请专用的频率，建立专用的通信平台；二是利用现有的共用移动通信网络建立通信平台。对于前者，由于频率资源的限制，申请频率将很难，即使申请到了专用的频率，但建系统的费用将很大，用户的使用费用将会很高。由此造成普遍使用的困难。因此，相比之下，后一种手段更为可行。随着GPS组网技术成本的下降、使用成本的下降，以及GPS本身价格的下降，GPS技术在发达国家相当普及，早已进入了民用，但是在中国却一直没有普及，原因之一就是通信平台问题。现在全球移动通信系统（GSM）在我国东部、中部地区，尤其是在城市已经相当普及，因此利用GSM系统作为组成城市的公共汽车调度系统，出租车的调度系统，贵重物品运输车的跟踪系统，机动车防盗系统等通信平台，应该是非常容易的事情。

1．技术手段

以GSM系统为通信平台传送GPS的广播电文有两个途径：一是数据通道，二是语音通道。如果使用GSM数据通道传送GPS的广播电文，移动终端要由终端适配器、 满足CCITTV24协议和V.21至 V.32协议的调制解调器组成。传输速率最高可达到9600bit/s 。移动终端的结构比较复杂，成本高，适用于实时性强、信息量大的传输。

用GSM的语音通道传送GPS的广播电文的方法是将GPS的广播电文转换成音频信号，再由GSM系统将音频信号进行语音编码将其变换成13kbit/s的数字化语音信号，数字信号经过高频调制、功率放大等处理，以电磁波的形式发射到自由空间，经过有关的网络，最后由接收端的天线检测到这个信号，进行语音解码，还原成GPS的广播电文。这种方法传输速度慢，适用于要求数据传输量较少的用户。移动终端可以由现成的GSM手机和数字/音频转换卡组成，结构简单，成本低。

2．移动目标跟踪系统组成

本篇文章介绍的系统由GSM移动端机和显示座机组成，移动端机能将GPS的定位信息转换成话音信号和2FSK信号，通过GSM网送到网络另一端的移动用户的手机、固定用户的听筒或者显示座机中。显示座机将2FSK信号转换成HEX码或ASCII码再经过RS232口接入电子地图平台，直观地显示出被查询设备所处的位置。而对于移动用户和固定用户可以通过语音的播报，直接获得移动目标所处的位置（经度、纬度、椭球、高度）和经度方向、纬度、椭球高度方向移动的速度。

(1)GPS移动端机 GPS移动端机的硬件结构如图1所示。其中，GPS25-LP是GRAMIN公司生产的同时跟踪12颗卫星的GPS接收机，从TX1口输出的广播电文为ASCII码NMEA-0183格式或者从TX2口输出二进制的位置数据、伪距和载波相位数据、星历数据。二进制的位置数据格式如附表。

ISD4002-120是数码语音合成芯片，工作于SPI同步串行协议。PIC16C65的8位单片机，有4×8BIT的程序存储区、同步和异步串行通信口、通用的输入输出口、8位和16位的定时器和计数器，并有内置式的看门狗，以及多种中断，同时有很强的抗干扰能力。GPS25-LP与单片机之间的数据交换通过RS232串行通信口。MT8870是DTMF解码器，CMX624是能够检测呼叫的2FSK信号的编码/解码器。CMX624与单片机之间的数据交换是采用同步串行通信方式进行。移动端机提供两种方式传送GPS数据。一种是将GPS的数据通过单片机编译成语音合成芯片中对应的语音信号的地址，通过地址的控制将GPS的数据转换成语音，再通过GSM网用语音方式向用户播报。另一种将GPS的定位数据、历书数据等以ASCII码或HEX码的型式经过RS232口送到PIC16C65，由单片机送到CMX624编码成2FSK信号，以数据的形式通过GSM网传送到端机或用户。2FSK信号的频率范围从300～3000Hz，在音频范围内。目前GSM网采用的在语音编码方案是13kbit/s RPE-LTP码。L2000将音频信号按8kHz取样，按照每20ms划分为一个语音帧，每一帧有160个样值点，延时参数和采样相位值在语音帧中每5ms传一次，每帧为260bit的数据块。因此完整传送一个语音帧包括延时参数和采样相位值至少要25ms。接收端收到语音编码的数据块，经过LPT（长期预测）滤波器和LPC（线性预测）滤波器重组，再经过一个特定的去加重网络加以复原，恢复成语音信号。对于DTMF信号的命令码，每个码长要大于50ms。要使以2FSK方式调制信号在GSM网语音信道无失真传输，且传输误码率限制在万分之一以下，码率应小于600bps 。移动端机自动摘机、挂机的控制电平是单片机通过L2000的免提接口提供。端机工作在主叫状态下的流程图如图2所示，图3为座机工作在被叫状态下的程序流程图。

（2）GPS座机硬件结构 GPS座机硬件结构图如图4所示。系统座机由振铃检测、自动摘/挂机控制单元、MT8870、CMX624、，PIC16C65和电子地图平台组成。座机和端机之间采用双向通信。端机定时呼叫座机后，MT8870转换为信号音检测状态检测回铃音。座机的PIC16C65检测到振铃信号，输出自动摘机控制信号，则移动端机测到的信号音为静音，端机随后发送DTMF语音方式命令码，然后启动ISD4002将GPS的信息以语音方式播报，或者将二进制码通过CMX624转换为FSK信号编码发送状态，将GPS的信息以FSK信号方式发送到座机。座机上的CMX624将FSK信号解码送PIC16C65，经过单片机处理后，通过RS-232口将GPS的信息送到电子地图平台。系统座机呼叫移动端机后，CMX624转换为呼叫检测状态检测回铃音。当座机测到的信号音为静音，座机上的CMX624转换为DTMF编码状态，对端机发出‘请求发送’的命令码，然后CMX624转换为FSK解码状态，等待接收移动端机发送的GPS信息。座机将收到的GPS信息送到电子地图平台，由电子地图平台把相关的电子地图传送到座机并且调制成FSK信号，通过GSM网发送到移动端机，端机将FSK信号解调和显示相关的电子地图。

声像定位跟踪的圆桌会议系统设计 篇4

圆桌会议系统经常采用吸顶扬声器, 其供声模式一般有三种, 即“N”模式、“N-1”模式、“N+1”模式, 具体工作原理如下:

(1) “N”模式。无论圆桌会议中哪位代表在讲话, 所有吸顶扬声器声音均一致, 此技术的优点是声场比较均匀, 但由于多个声源同时扩声, 声音没有方向感, 不能辨别讲话人的位置, 语言清晰度不高, 且容易产生啸叫。

(2) “N-1”模式。将圆桌会议分成多个扩声区 (如A/B/C/D区) , 当A区有人发言时, 通过技术处理将距离发言者最近A区顶部扬声器自动关闭 (或音量减弱) , 其他扬声器正常扩声, 听觉上B、C、D位置声音明显比A区大, 此类技术主要注重系统的实用性。实现起来比较简单, 起到防止系统产生啸叫, 但声像定位较差, 声音与发言者的声像不一致 (相反) , 感觉不自然且不舒服, 如图1所示。

(3) “N+1”模式。吸顶扬声器布置方法是在房间中央布置一个, 四面分别布置吸顶扬声器多只, 通过技术处理实现对发言人自动进行声像定向跟踪, 始终保持声像与发言人一致, 从听觉上就能辨别出发言人的方位, 使参会者感觉自然、舒适。

2 声像定位跟踪扩声系统工作原理

扩声系统采取不同的声音, 通过不同的扬声器播放, 如远程信号、播放信号由壁装全频主扬声器重放, 起到图像伴音作用;本地会场由多只吸顶扬声器扩声, 通过技术处理和中控智能管理, 实现声像自动跟踪不同座位的发言者, 获得声像一致的会场效果。

吸顶扬声器箱选用同轴扬声器系统, 且覆盖范围越大越好。对图1中的扬声器分别取名:房间中央扬声器称为“定位扬声器”, 四面布置的1#、2#、3#、4#扬声器称为“定像扬声器”。定位扬声器主要决定扩声的音量, 定像扬声器主要决定扩声的声像。

系统工作原理如图2所示, 通过数字音频矩阵来控制各扬声器扩声的音量和延时。

首先, 设定会场代表听到75d B左右的声压级, 分别调节各扬声器在1.2m垂直高度处 (与代表耳朵等高处) 的声压级为75d B。

其次, 将“定位扬声器”延时10ms~30ms (根据定位/定像扬声器之间的距离设定) , 让中间的扬声器滞后出声, 先听到某“定像扬声器”发声, 产生声像移动, 感到声音来自“定像扬声器”方向。

再次, 通过会议发言管理系统, 将传声器分为四个区分别推动对应区“定像扬声器”。例如, 当主席发言时, 由“定位扬声器”+“定像扬声器1#”组成扩声声场, 先听到“定像扬声器1#”发音, 滞后20ms才听到“定位扬声器”发音, 与会代表感到声音来自主席方向, 从而实现了发言和扩声来自同一方向的会场效果。

最后, 将以上调试好的会场效果进行工作模式存储, 如工作模式1, 设为主席发言, “定像扬声器1#”+“定位扬声器”扩声, 以此类推共设有4种工作模式, 通过中控系统进行智能管理调用, 实现声像随着传声器的方位而变化, 达到声像一致的会场效果。

会场总音量通过总控调节, 如果会场较大, 为保证声场均匀度, 可以将其他“定像扬声器”延时20ms且降6d B~9d B参与扩声, 进行声场补偿。

如果会议系统是条型桌布置也可仿效圆桌会议系统进行设计, 如图3所示。

声像定位设计要建立在建声条件比较好的基础上, 混响时间较短的会议室容易实现。对于建声条件不好、混响时间较长的会议室, 为了防止传声啸叫, 建议将工作模式设定为“N-1”模式为宜, 但这两种工作模式的技术水平和听音效果不在同一个档次上。

3 声像定位跟踪系统主要设备

根据工作原理, 自行研究开发了专用数字音频矩阵—数字会议处理器DCP1808, 如图4所示。

数字会议处理器DCP1808技术指标如下:

(1) 96k Hz采样频率, 32bit DSP处理器, 24bit A/D及D/A转换。

(2) 8路XLR母座模拟输入, 每路带48V幻象电源/4组立体声光纤输入 (每组数字口传输两路音频信号) 。

(3) 8路插拔式端子模拟输出/4组立体声同轴/光纤/AES输出。

(4) 提供USB接口、Wi-Fi或有线网络接口可连接电脑, 提供RS485控制。

(5) 通过直接旋转面板的不同旋钮可分别控制输入总音量和输出总音量。

(6) 每个输入通道有单独的4级反馈抑制, 每个输入通道有单独的噪声门调节。

(7) 每个输入和输出均有延时和相位控制及哑音设置, 延时最长可达1000ms。

(8) 支持8路摄像头跟随控制。

(9) 每个输出通道可单独选择不同的输入通道或选择输入通道的任意组合。

(10) 输入8段全参量均衡, 输出9段全参量均衡, 1个高通滤波器, 1个低通滤波器。

(11) 每个输入通道可单独设置压缩、扩展, 每个输出通道可单独设置限幅器, 压缩限幅可单独调节。

(12) 单机提供30组设备数据存储, 通过PC软件可进行设备之间的复制;可以通过RS 485接口连接中控来控制通道的主要参数。

(13) 可通过光纤接口级联, 实现输入通道扩展。

4 声像定位跟踪系统指标测试

随着技术的发展, 指标也在不断更新。在最新修订的国家标准《厅堂、体育场馆扩声系统设计标准》GB/T 28049-2011、《会议电视会场系统工程设计规范》GB50635-2010中, 都增加了“扩声系统语言传输指数STIPA”技术指标。

(1) 会议系统扩声系统声学特性指标:一级STIPA≥0.50, 二级STIPA≥0.45。

(2) 会议电视系统扩声系统声学特性指标:一级STIPA≥0.60, 二级STIPA≥0.50。

因此我们在系统调试后对STIPA进行了详细测试, 有关数据如图5及表1所示。

(1) 三种工作模式的语言清晰度测试如表2所示。

注:语言清晰度随着扬声器数量的增加而降低 (此系统扬声器距离为3m, 延时应设10ms) 。

(2) N+1模式不同延时的语言清晰度测试如表3所示。

注:随着定位扬声器延时的增加语言清晰度而下降, 所以延时时间应有正确的选择。

(3) 开启不同扬声器的语言清晰度测试, 如表4所示。

注:圆桌会议室中间的定位扬声器对语言清晰度有重大贡献。

(4) 不同声压级下语言清晰度测试, 如表5所示。

注:声压级超过90d B后语言清晰度急剧下降。

5 结束语

圆桌会议的声像定位跟踪系统的“N+1”工作模式比较实用, 也很新颖, 但是要做好此扩声技术, 需具备如下条件, 做好把关工作, 否则会适得其反, 具体措施如下:

(1) 确保会议室建声装修混响时间控制在0.6s左右, 提倡低频不上升的混响时间频率特性。

(2) 会议室内不得出现回声、颤动回声、声染色、房间驻波和声聚焦等缺陷, 声场扩散应均匀。

(3) 音响系统周边设备需要1台高精度的数字反馈抑制器, 可以对每1路MIC声音进行反馈消除, 但接入后应不影响音质。

(4) 具备一定的调试经验和试听能力, 也是能否实现好此技术的关键因素。

随着科学技术的进步、人们生活质量的提升, 现代会议场所的要求也越来越高, 人们越来越期望能拥有原生态的会场环境。

摘要：对于圆桌会议系统经常采用的吸顶扬声器供声方式, 可归纳为“N”模式、“N-1”模式、“N+1”模式。此文分析各模式的优缺点, 同时介绍声像定位跟踪扩声系统工作原理, 利用自行研制的数字会议处理器DCP1808可方便地实现声像定位跟踪的圆桌会议系统, 通过工程案例实测, 性能指标达到语言清晰度高、声像定位准确的效果。

舰载光电跟踪系统跟踪误差源分析 篇5

根据目标信息在舰载条件下各个环节中的传递过程,分析光电跟踪系统跟踪性能各种影响因素,给出了主要的.误差源.在考虑不同误差属性的基础上,给出了脱靶量测量误差在伺服控制系统中的传递方法.同时,给出伺服系统动态滞后误差、扰动力矩产生的跟踪误差,以及由于舰船运动对跟踪性能的影响.

作 者：王辉华 刘文化 张世英 刘淼森 吕隽 WANG Hui-hua LIU Wen-hua ZHANG Shi-ying LIU Miao-sen LV Jun 作者单位：王辉华,WANG Hui-hua(海军工程大学,武汉,430033)

刘文化,张世英,刘淼森,吕隽,LIU Wen-hua,ZHANG Shi-ying,LIU Miao-sen,LV Jun(海军装备研究院,北京,100073)

点光源跟踪系统 篇6

【关键词】点光源；STM32；PID

点光源系统能够检测并指示点光源位置的光源跟踪系统。光源B使用单只1W白光LED，固定在一支架上。LED的电流能够在150～350mA的范围内调节。初始状态下光源中心线与支架间的夹角θ约为60?，光源距地面高约100cm，支架可以用手动方式沿着以A为圆心、半径r约173cm的圆周在不大于±45?的范围内移动，也可以沿直线LM移动。在光源后3cm距离内、光源中心线垂直平面上设置一直径不小于60cm暗色纸板。

光源跟踪系统A放置在地面，通过使用光敏器件检测光照强度判断光源的位置，并以激光笔指示光源的位置。

一、硬件设计

硬件部分有电源模块，LED光源模块，光强检测模块，步进电机及其驱动模块，激光笔，显示屏及STM32微控制器构成。

电源模块设计：开关电源输出12V，通过LM2940转换成5V，在通过AMS1117-3.3V转换成3.3V。电源模块电路图如图1所示。

图1 电源模块

图2 LED光源模块

LED光源模块电路由1W白光LED及其驱动电路构成。主要构成器件是TI公司的LED驱动芯片TPS61062、电压反馈运算放大器OPA820作为全面集成的同步升压变换器，它无须外接肖特基二极管就能够达到尺寸最小的目的，所需的外部组建数量小。对该电路进行分析并实际测试可得，改变Rs的阻值可调节LED的电流。经检验可以达到电流300±15mA，功率1W的要求。如图2所示。

光强检测模块由8个光敏三极管组成，实际操作发现光敏三极管在不同环境感应出来的值有很大差别，特别是受外界光照影响比较明显。为确保单片机能捕捉到传感器的电压变化，在每个光敏三极管发射极加一个普通三极管。单个光敏三极管接收光线的电路如图3所示。Q8为三极管C9013，能对光敏三极管的电流起扩大作用，利于单片机捕捉光敏三极管的变化。传感器布在一个十字交叉电路板上，如图4所示。

图3 光敏三极管电路

图4 光敏三极管布局图

步进电机及其驱动模块采用UIN2003A驱动。ULN2003A是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003A输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003A输出端为高电平。

二、软件设计

根据各个功能模块画出结构框图，如图5所示。

图5 系统结构图

程序开始运行，首先检测每个光敏三极管的电压值，比较图5中Q1，Q2，Q3，Q4的AD值确定，水平平移方向。再根据Q5，Q6，Q7，Q8的值确定竖直移动方向。这里需要格外注意的是，认为相等的阈值可能会有温漂的影响，注意调整阈值。程序流程图如图6所示。

图6 程序流程图

三、实物展示

图7 实物展示图

定位跟踪系统 篇7

关键词：水声跟踪系统,船载式,定位原理,误差分析

0 引言

水声跟踪系统主要是指利用声波信号，在水下局部区域进行定位导航的系统[1]。声学定位技术，在海防军事应用中具有重要的实用价值。不仅可以完成水下目标的连续跟踪和精确定位，考核其战技指标实现情况和技术设计的合理性，还可在大面积范围内对来袭的敌方目标进行远距离探测和预警。尤其是近年来，随着海洋探测、海洋工程等技术的不断发展，声学定位技术的应用和发展也越来越广泛。

1 水声定位系统简介

水声跟踪系统按照接收基阵中基线的长度(又称基阵孔径[2])来划分，分为超短基线系统(USBL或SSBL)、短基线系统(SBL)和长基线系统(LBL)。长基线因其基线较长(100～6 000 m)[1,2,3]，定位精度高，但其布放、回收和校准等过程较长，而且作业工程较为复杂。超短基线系统基线最短(一般为几厘米到几十厘米)，定位精度最差，且需布放应答器，但安装方便，甚至可直接安装在水下目标上。短基线系统介于两者之间，基线长度一般为1～50 m之间，基阵一旦固定安装完成，便可进行定位导航作业，无需布放应答器。

水声跟踪系统的分类还可按照工作方式来划分，分为同步信标工作方式和应答器工作方式。采用同步信标方式，需要在测量系统上安装高精度同步钟，水下目标按系统规定的时刻发射信号，系统据此确定目标位置。采用应答器工作方式，要求测量系统发射询问信号，应答器接收到此信号后回复应答信号，利用之间应答的往返水声信号进行时延值估计，从而完成一次定位过程。实际上上述系统不仅可以单独使用，还可以进行有机的组合，构成组合系统。如Honeywell公司研发的RS 906短/长基线组合定位系统[4]，既可以工作在短基线方式，也可工作在长基线方式下。

2 船载式水声跟踪系统

船载式水声跟踪系统属于短基线系统，水下基阵可吊放[1]在水中也可固定安装在舰船的底部，其测量原理基本相同。吊放式水下基阵对舰船结构影响较小，但受水流或水中浪涌的影响，其基阵姿态甚至机械结构会产生变化，导致测量精度降低。另外，在舰船(测量母船)高速航行时，吊放式水下基阵不能稳定在水中，甚至会漂在水面上，因此吊放式水下基阵基本不能在舰船高速航行状态下进行测量。而且，采用吊放式水下基阵，需要在每次试验时进行基阵的布放和回收，不利于试验效率的提高。采用舰船底部固定的方式安装水下基阵，虽然初始安装过程较为复杂，但是一旦安装完成，便可随时进行定位与测量。不仅无需每次试验时的基阵布放和回收，还可在一定程度上提高系统测量精度。因此，本文主要介绍采用舰船底部固定安装水听器组成水下基阵的船载同步式短基线定位系统。船载式水声跟踪系统工作示意图如图1所示。

图1中舰船底部的3个红点表示固定安装的水听器，水下运动目标上的红点表示可发射同步3D信号的声源设备。系统利用3个水听器组成的短基线阵，接收水下运动目标上发出的3D同步信号，经过解算和坐标转换后，获得目标的运动轨迹。系统的工作方式不受舰船的正常运动状态影响，系统测量范围不受水域的限制，具有灵活、机动、测量精度高和使用方便等优点，但由于受到舰船底部机械结构的限制，系统的水听器安装点不可避免地会处于舰船噪声较大的位置，如舰船发动机、螺旋桨等大噪声处，因此对系统的水声信号处理和解算提出更高要求。

3 系统工作原理

船载式水声跟踪系统的具体测量方式为：水下目标在运动过程中连续发射同步3D水声脉冲信号，系统将水下基阵接收到的水声信号进行处理和解算，获得各水听器与水下目标之间的斜距值R，再通过一定的解算关系最终获得目标相对系统基阵的位置坐标。如果需要换算成大地坐标，则还需要和其他导航系统结合起来[2]，最终给出水下目标在大地几何坐标中的位置或轨迹。

3.1 定位方法

如图2所示，假设水下目标点为T(x,y,z)，船载测量基阵的3个水听器分别位于H1～H3点位上，坐标分别为(a,-b),(a,b),(-a,b)。R1～R3分别表示水下目标到达3个水听器(H1～H3)的距离。

当不考虑声线弯曲时，由几何关系可得到定位方程如下：

由公式(3)和公式(2)相减可知：

同理，由公式(1)和公式(2)相减可知：

将公式(4)、(5)分别代入公式(1)～(3)可得到3个可能的深度值：

将3个可能深度值进行平均得到深度的平均值，即：

假设声速为c，同步时延值分别为t1,t2,t3，则存在如下公式：

在短基线系统中，深度测量解算的误差较大[2]。因此，在实际工程中常采用双脉冲遥测的方式进行目标深度的精确测量。

3.2 坐标修正

由于受水声环境和测量舰船航行时的摇摆影响，系统测量基阵的水下姿态并不固定。必须对基阵的实时姿态进行修正，将系统相对于基阵坐标系测得的目标轨迹转换到舰船坐标甚至大地坐标上，才能真实地绘制出水下目标的运动轨迹。

假设测量基阵是在水平面内安装的，由于船体本身存在纵倾和横滚，测量基阵的框架不在水平面内，并且在一般情况下，基阵的中心与船的参考点还存在一定的偏移(X0,Y0,Z0)，因此除修正纵倾、横滚角度外，还需修正坐标系之间的偏移量。

但实际上，测量的轨迹往往是相对于基阵为中心的北向坐标系中的轨迹。因此，可以假定在测量过程中，基阵坐标系原点相对于大地坐标是静止的，并认为两个坐标系原点是相同或有固定偏移，这样，只需考虑基阵围绕坐标轴的转动。假设基阵坐标系为Oxyz，水平面坐标系为OXYZ，水下目标在基阵坐标系和水平面坐标系中的位置分别为x=(x,y,z)T和X=(X,Y,Z)T。由于两个坐标系的原点相重合，因此只需考虑基阵坐标系围绕坐标轴的转动。基阵先绕y轴旋转β角(横滚角)，再绕x轴旋转α角(俯仰角)，最后绕z轴旋转φ角(航向角)，使基阵坐标系与水平面坐标系相重合。此时基阵坐标系和水平面坐标系之间存在如下转换公式：

4 系统误差分析

4.1 水平定位误差

为了简化计算，这里再假设基阵长度a=b=d 2(d为基阵孔径)，则将公式(10)～(12)代入公式(4),(5)可知：

由公式(14),(15)可知，系统的定位精度与声速、基阵孔径、时延值有直接关系。令目标斜距为R,Δxc为声速c在x方向上的误差分量，Δxd为基阵孔径d在x方向上的误差分量，Δxt为时延值t在x方向上的误差分量。根据误差理论，对声速c、基阵孔径d、时延值t分别求解误差分量如下：

同理在y方向上的误差分量分别为：

假设Δx,Δy分别表示x,y方向上总误差，则存在如下公式：

4.2 姿态修正误差

假设姿态角α,β,φ在X方向上的误差分量分别为ΔXα,ΔXβ,ΔXφ,Y方向上的误差分量分别为ΔYα、ΔYβ、ΔYφ，则存在如下公式：

假设Δα=0.08°，Δβ=0.08°，Δφ=0.03°，α,β,φ均为1°。当X,Y距离在1～1 000 m内变化时，分别绘制其X,Y方向的三维误差曲线，如图3，图4所示。

从图3中可以看出，相同情况下姿态角α,β引起的误差较小，而航向角φ影响较大。因此，在系统姿态修正时需要充分重视航向角带来的姿态修正误差。

假设存在以下条件：c=1 500m/s，Δc c=0.6‰，d=5.0m，Δd=0.005m，Δt=2μs，Δα=0.08°，Δβ=0.08°,Δφ=0.03°，目标在X=1 000 m,Y=1 000 m点时，系统水平定位总误差量为：ΔX≈3.0 m，ΔY≈3.8 m,ΔR=4.8 m。

4.3 随机误差

根据误差理论，系统总误差为各独立误差的平方和开根。因此，在采用时延值遥测的方式进行深度测量的情况下，系统总误差(均方根误差)为：

从公式(30)可知，降低系统误差需要提高时延值估计精度，降低基阵孔径测量误差，提高声速、姿态角等参数的测量精度。另外，系统的均方根误差与各斜距测量误差的相关系数、斜距有直接关系。这种随机误差主要受相关系数影响，因此，在实际工程中需要尽力降低各个水听器通道的差异，使各路测量误差相同，以降低系统误差。

5 湖上试验

船载式水声跟踪系统在夏季某湖跑船试验的轨迹图如图5所示，表明该系统在较为复杂的水声环境下，具备1 000 m范围内精确跟踪能力。同时，在图5中也可看出，在较远处的测量点离散度变大，表明系统测量精度随着距离的增加而增大。

6 结语

短基线系统常布放于水底，用来测量水下运动目标的轨迹，如美国的基波特海上试验场[1,5]，将数据通过水底光缆传送至岸上进行信号处理，最终获得水下目标的轨迹。这种水底布放的测量系统，在固定水域具备较好的定位与测量能力，但其测量范围受限。

船载式水声跟踪系统将短基线阵安装于舰船底部，不受水域限制，具有较好的灵活性和适用性，但是需要考虑舰船高速航行时的振动噪声、尾流气泡和湍流等不利因素给系统带来的影响。可采取相应措施以减少对系统的影响，如在前端设置高通滤波器以减少低频振动噪声的影响，采用多层屏蔽电缆进行信号传输等。另外，在工程应用中，除了按照误差公式进行针对性的设计和采取预防措施外，还需采用相适应的信号处理方法，以提高系统定位精度。

参考文献

[1]田坦.水下定位与导航技术[M].北京:国防工业出版社,2007.

[2]高国青,叶湘滨,乔纯捷,等.水下声定位系统原理与误差分析[J].四川兵工学报,2010,31(6):95-108.

[3]邢军,刘忠,彭鹏菲.水下目标深度测量误差源分析[J].舰船科学技术,2009,31(3):99-103.

[4]任绪科.水下运动目标同步测距理论与实现[D].西安:西北工业大学,2005.

[5]徐鹏飞.水下目标声探测技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2005.

定位跟踪系统 篇8

1.1 系统的软、硬件原理

(1) 系统硬件工作原理。在系统的人员定位功能模块中, 安装有动态目标识别设备, 利用该设备所产生的低频编码电磁波信号激活对应区域中人员所携带的标识卡, 标识卡则在电磁波信号的激活下输出加密后的高频载波信号, 并将该信号输入到定位系统的人员信息采集处理板中, 利用分站嵌入式软件进行处理, 将处理后的信息存储到分站存储空间中, 发送确认信号, 以关闭标识卡。之后将人员定位系统所采集得到的井下人员信息以汉字的形式显示到液晶屏中, 同时启动主板的语音部件发出语音提示。最后, 将所有采集得到的井下人员信息传送到通讯系统缓冲区, 等待后续随时进行通讯。

(2) 系统软件工作原理。煤矿井下人员定位系统构成包括三层, 分别完成数据的采集与分析、数据存储、数据应用, 三者之间相互独立又互相融合。当对系统的部分功能模块进行修改后, 不会对其他功能模块的功能产生影响, 使得整个系统从最初的安装、发布, 到最终的使用, 所有的程序都变得简单、实用。通过使用对应的算法合理地解决了无闪烁的局部刷新问题, 并实现了智能合班, 中断归并等功能。

1.2 井下人员定位系统的分布构成

KJ25IA型人员定位系统的构成包括井上地面计算机、监控主机、服务器、信息传输平台、人员定位分站、人员动态识别功能、人员标识卡以及信息传输线路等。其中, 监控中心主要负责对系统所有设备以及井下人员标识卡进行检测、数据收集、检测分站数据的传输、统计数据的存储、人员显示、井下人员实时查询与数据打印、网络通讯、画面编辑等。其具体的系统结构如图1所示。

井下定位系统的软件功能实现包括:井下人员信息编码采集——人员信息识别——人员数据信息加工——人员信息数据显示——人员信息存储——井下人员的查询及报表打印。人员定位分站通过与动态识别器的直接通讯, 实时获取人员编码相关信息, 负责直接与监控主机进行联系。系统的动态目标识别器的主要功能在于接收井下人员标识卡发出信息编码, 并将之作为与井下人员联系的唯一编码信息。当激活标识卡之后, 其发送无线信号给人员动态目标识别器。人员标识卡的主要装载于矿灯、矿帽、腰卡以及胸卡等部件。

2 井下人员定位系统在煤矿安全管理工作中的应用

通过利用井下人员定位系统的安全管理功能, 可以有效地解决煤矿井下安全管理工作中的诸多问题, 概况为以下几个方面。

2.1 煤矿工作面劳动组织与作业查询管理

软件系统应用管理过程中, 首先要将识别卡进行统一的编号管理, 并将所有员工相对应的信息录入到软件管理系统的数据库中。每一张识别卡中所包含的井下人员基本信息, 如姓名、年龄、性别、工种、照片等。通过系统所具有的考勤、报表查询功能, 煤矿安全管理部门可以与工作面的当班工作人员进行系统考勤、报表查询等操作, 便于煤矿安全管理人员进行管理。同时, 还可以针对工作面上的特殊工作, 例如跟班干部、电钳工、班组长等, 按规定要求对出勤进行配置。人员定岗、班组工作是否到位、超时作业状况, 从而使得煤矿的安全管理工作得到强化。

2.2 巡回检查管理

巡回检查人员是确保煤矿井下安全的重要措施, 其主要执行人员包括安检人员、瓦斯检查人员以及科室跟班人员。利用井下人员定位系统, 可以对安检人员、特殊工种和科室跟班人员的巡检情况进行轨迹查询, 从而找到所有人员各个阶段经历的路径, 并能够进行人员活动轨迹的回放。利用系统的轨迹查询功能, 可以获得人员所在地、人员所到地点到/离时间、巡检工作时间等相关信息, 从而督促并落实巡检人员按照既定的制度进行巡检, 从而从根本上消除造成系统的安全隐患、事故。

2.3 安全调度、救援呼叫应用

系统通过联网可实现远程终端信息显示功能, 并可实现信息多点共享, 供多个部门及领导同时在不同地点查看信息, 系统程序通过计算机能够显示出而相关信息。井下人员遭到险情时, 可以通过佩戴的识别卡主动发出求救信号, 调度人员接到系统报警后, 立即启动应急预案开展救助。同时, 调度人员接到险情报告时可以通过系统的呼叫功能, 像受险情威胁的相邻区域人员发出呼叫撤离信息、通知人员提前撤离危险区域, 避免事故的发生或扩大。

2.4 安全管理禁区警报

通过利用系统的安全禁区警报功能, 安全管理及通风部门可以对井下不安全的区域进行设定。当佩戴有标示卡的人员进入到该区域之后, 系统将自动报警, 并在系统的显示界面显示进入该禁区中的人员姓名, 调度值班人员在接到告警信号之后, 则立即启动对应的安全管理程序, 指挥进入禁区的人员立即撤离不安全区域。

2.5 煤矿井下救灾演练应用

为了加强矿井的安全管理工作, 矿井安全管理人员日常需要进行救灾演练。但是, 当所实施的救灾演练、演习以及工作面顶板强放爆破等风险相对较大的演练方案时, 可以将所有可能受影响区域的人员、车辆等纳入到定位管理系统追踪体系中, 便于在紧急事件发生时撤离危险区域, 且在演习之后便于安全管理人员通过该系统确认人员是否已经完全撤离, 从而有效避免井下出现险情。

一旦井下发生水、火、顶板等灾害事故时, 地面监控主机可以显示事故发生的类型、发生地点、所影响的人员等信息, 便于制定并采取对应的救援预案, 增加抢险救援的效率和针对性。

3 系统运行过程中需要关注的主要问题

在系统的实际运行过程中, 需要关注的主要问题是定位检测过程中的漏卡问题和定位精度问题, 其中漏卡容易导致地面主机在统计数据的过程中出现统计结果的不准确, 进而导致监控主机没有受到识别信号。因此, 在系统的设计过程中要求采用扩频技术强化信号传输强度、或者增加识别卡的数量, 以解决漏卡问题。而定位不准确的问题主要是因为识别器布置不合理、或者布置数量不足, 这时需要对识别器的布置距离、范围等进行合理设置, 通过在实际应用过程中解决这些问题。

摘要：煤矿井下人员跟踪定位安全管理系统是基于煤矿井下安全管理工作的实际需要, 利用信息综合技术开发而成的集人员定位、作业管理于一体的安全管理综合系统, 该系统对提高安全管理工作的效率和管理质量具有积极意义。在实际的应用过程中, 需要注意的是漏卡、定位精度不足等问题, 并根据实际检测环境对系统参数予以适度修正, 保证系统的运行稳定性。

关键词：跟踪定位,安全管理,系统运行

参考文献

[1]王灵芝.井下人员定位系统在煤矿安全生产中的应用[J].中国高新技术企业, 2012 (7)

[2]李伟, 崔建明.基于ZigBee和GIS的井下人员定位系统的设计[J].工矿自动化2010 (2)

定位跟踪系统 篇9

多目标跟踪[1]理论是运用随机统计决策、自适应滤波、知识工程和神经网络等现代技术,将探测器所接收到的信号数据分解为对应于各种不确定机动信息源所产生的不同观测集合或轨迹,一旦轨迹被确认,则被跟踪的目标数目以及对应于每一条运动轨迹的目标状态参数,如位置、速度和加速度等均可相应的估计出来。如图1给出了一种简单的多目标跟踪系统的基本原理框图。

由无源探测器接收到的观测数据首先被考虑用于更新已建立的目标轨迹;跟踪门被用来确定观测/轨迹配对是否合理或者正确;数据关联则用于最后确定最合理的观测/轨迹配对,然后根据自适应滤波与预测估计出各目标轨迹的真实状态。

2 系统中数据融合的方法

2.1 灰关联方法

灰关联[2]的基本思想是根据曲线间相似程度来判断因素间的关联程度。曲线越接近,相应序列之间的关联度就越大,反之就越小。它对样本量的多少没有特殊要求,分析时也不需要什么典型的分布规律,因而具有十分广泛的工程应用价值。以灰关联分析方法可以弥补采用数理统计方法作系统分析所导致的缺憾。它对样本量的多少和样本有无规律都同样适用,而且计算量小,十分方便,更不会出现量化结果和定性分析结果不符合的情况。在进行灰关联时,必须先确定参考序列,再比较其他序列同参考序列的接近程度,这样才能对其他序列进行比较,进而做出判断。灰关联分析的具体步骤:

(1) 求关联系数;

(2) 求关联度;

(3) 关联度按大小排序。在灰关联分析算法中:

设X0={X0(k)|k=1,2,…,n}为参考序列,又称母序列;Xi={Xi(k)|k=1,2,…,m}为比较序列,又称子序列,则Xi与X0的关联系数为:

undefined

其中ρ为分辨系数。ρ越小,分辨力越大,一般ρ的取值范围为[0,1],ρ≤0.546 3时,效果最好,通常取0.5。

在实际工程应用时,仅考虑曲线间的相似性是远远不够的。如在多侦察设备组成的识别系统中,各部侦察设备因受自身接收精度、低空杂波和电子干扰等因素的影响,常使个别侦察设备接收的信号中混杂着强大的噪声,使得提取的特征为野值。如果此时仅用相似性作为评选准则,势必会将个别偏差很大的野值数据送入融合中心处理而造成整个系统识别精度的下降。故这里将根据灰关联分析的思想做适当的改进,以进一步提高其对雷达信号特征的识别精度。

由灰色系统理论知,灰色绝对关联度是研究事物之间、因素之间关联性的一种度量。它是以事物或因素之间时间序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越相似,相应序列之间的关联度就越大,反之就越小。其定义及性质为:

定义1 设X0=(x0(1),x0(2),…,x0(n))为参考时间序列;

Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n))为与之比较的时间序列,i=1,2,…,m,则称:

undefined

为X0与Xi改进的灰色绝对关联度。

undefined

x′i(k)=xi(k)-xi(1),i=0,1,2,…,m,k=1,2,3,…,n,称为始点零化像。

定义2Xj为与之比较的时间序列,εij=(i=1,2,…,s,j=1,2,…,m)为Yi与Xj改进的灰色绝对关联度,则称下式为改进的灰色关联矩阵:

undefined

对于上式,若δl≥δj,l,j∈{1,2,…,m},l≠j,且:

undefined

则称时间序列Xl准优于Xj,记为:Xl≻Xj。

若δl>δj,则称时间序列Xl优于Xj;若对∀l,j∈{1,2,…,m},l≠j,恒有δl>δj,则称Xl为最优时间序列。在一个具有m个时间序列的系统中,未必有最优时间序列,但一定有准优时间序列。为此假设m部侦察设备对某目标的跟踪形成m条航迹(即产生Xj个时间序列,j=1,2,…m),则根据数据融合算法可得一条与此目标对应的、精度较高的时间序列Y。若以Y作为特征时间序列或参考时间序列,将m部侦察设备探测所形成的序列Xj(j=1,2,…,m)与之相比较,用式undefined、式和式undefined算出δj,j=1,2,…,m。则由命题知,一定存在Xj(j=1,2,…,m)个时间序列从大到小的准优次序,不妨设X1>X2>…>Xm。这时,只要选取合适的经验阈值β(0<β<1),就可用一次融合后的Y时间序列去替换部分δj<β的较差数据,再作二次融合,就能进一步改善和提高雷达系统的跟踪精度[2]。

系统中运用灰关联的具体步骤如下:

(1) 选取ESM探测平台的时间-方位序列,样本点数为4个;

(2) 将ESM探测的时间-方位序列和其他无源侦察设备侦收的辐射源信号的时间-方位序列进行时间对齐,使ESM的时间-方位序列统一到各个无源侦察设备的时间-方位序列,选取时间对齐后的ESM时间-方位序列为参考序列;

(3) 将其他无源侦察设备侦收的辐射源信号方位序列与参考序列相比,求其灰色绝对关联度并排序;

(4) 按设定的阈值确定辐射源是否来自某一目标平台,从而将辐射源与所在平台捆绑在一起,用ESM的时间-方位序列来融合辐射源的时间-方位序列。

2.2 加权最小二乘融合方法

最小二乘算法[2]是数据处理和误差估计应用中很有力的数学工具,它的基本原理是使所有侦察设备误差的平方和最小。

设第i部侦察设备对目标的量测方程为:

undefined

则融合方程为:

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其中:

undefined

Rk为权矩阵,它的元素反映了全部观测的随机性,诸如变化和相关性。当侦察设备参数相同时,Rk为单位阵,融合算法[3]即为最小二乘融合算法。

系统模拟了ESM,激光和通讯三种不同的无源侦察设备。三种无源侦察设备对方位的侦察误差并不一样,由低到高依次为ESM、激光侦察设备和通讯侦察设备,所以考虑误差的加权平方[4]和最小更为合理。系统在ESM侦察方位相对精确的前提下对方位关联,激光侦察设备和通讯侦察设备对其方位值进行了以误差的加权平方和最小为准则的数据融合。

2.3 ESM与其他无源侦察设备的数据融合算法

所谓无源侦察设备之间进行数据关联也就是要确定无源侦察设备观测到的信号究竟源于哪一个辐射源目标,或者说要将无源侦察设备观测的信号与目标航迹配对,其本质上是模式识别问题。但是由于ESM传感器是一被动传感器,只能获得目标的属性值和位置中的方位信息,而没有距离信息,再加之在现代电子战环境中存在干扰及其他因素的影响,从而使在ESM和其他无源侦察设备关联中面临着很大的不确定性。

无源侦察设备之间的数据关联是数据融合的前提[2],而传统的属性关联算法都是利用无源侦察设备共同探测部分—方位角这个直观的相关信息进行关联,信息维数少,算法都比较简单、易于实现,但由于只用到了方位角一维信息,而无源探测设备探测到的其他多维属性信息并未充分利用。这就导致一旦方位角不够精确,即无源侦察设备探测的方位角偏差较大时,属性信息将关联不到航迹上。此时由于只有一维的方位角信息作为关联参考,使得关联的正确率在噪声大的情况下很难提高。故采用方位角和属性共同关联算法:

(1) 取属性参数集

θ={θi|i∈(1,n)},n为体系单元数,θi为第i个体系单元

θi={Tij,αi|j∈(1,m-1)},m为属性参数维数,αi为第i个属性参数的方位角,Tij为其他m-1维参数

(2) 将目标航迹外推或内插至属性参数发现时刻t,得到位置(Xkt,Ykt,Zkt),再求其相对于θi观测站的相对坐标(xkt,ykt,zkt),利用βkt=arctan(ykt/xkt)求其方位角,k∈(1,p),k为航迹号,p为航迹总数。

(3) 找出可能属于的目标航迹:

undefined

若et小于给定阈值(此阈值比较大),则将θi归入此航迹所在目标的属性参数集。重复上面三个步骤,直到将所有属性参数都关联到各个目标中。

综上所述,想要关联正确率高,就要寻求一种新的属性关联方法。整个一级数据融合系统功能上可分为关联融合和识别推理。传统的关联方法在融合部分处理数据时,尤其在属性参数关联到航迹时,一般不会用到推理结果,这样就造成了很多信息浪费。事实上,当处理完一个周期内所有数据之后,不仅可以得到战场环境中平台的位置信息,而且由推理结果还可以得到有关平台上所携带的辐射源信息。利用这些信息中关于辐射源的属性参数,采用多因素综合评判关联准则,将无源数据更准确地关联到所属的平台组中。

系统充分利用无源侦察设备探测到的方位角和辐射源属性信息结合进行数据关联,分别定义:

(1) 方位相似度:Sa=[1/(2π)1/2]exp[-(1/2)·(θr-θw)2/(σundefined+σundefined)],其中θr为ESM侦察设备探测的方位角,θw是其他无源侦察设备探测的方位角,σr,σw为误差协方差。

(2) 属性相似度:设辐射源各个属性信息的各个参数误差是互相独立的,且服从均值为0、方差为σci的高斯分布,则:

属性信息变量:Δci=(ci1-ci2)/(σundefined+σundefined)1/2服从标准正态分布。

属性信息的相似度为:

undefined

其中ci1为ESM探测到的第i个属性信息,ci2为其他无源侦察设备探测的第i个属性信息,σci1,σci2分别为ESM和其他无源探测的属性误差协方差。

(3) 综合相似度函数:设属性信息有n维,由上两步得:Δθ～N(0,1)和Δci～N(0,1),且相互独立,将其综合:undefined服从χ2(n+1)分布,其中综合信息S的维数为方位角一维加上属性参数多维构成的。对于方位角和属性参数量纲上的不同可对其乘以不同的关联信息权重,以达到关联的最佳效果。

构造了上面的综合相似度函数后,属性关联问题就转化为了假设检验问题,即H0:属性与航迹关联;H1:属性与航迹不关联。由相似度的大小判断是接受H0还是H1假设。根据漏关联最大允许值的要求确定关联门限大小,小于门限的关联(接收H0假设),大于门限的不关联(接收H1假设)。

多因素综合评判法不是一成不变的,在属性参数的维数变化时它可以随时更改χ2分布的自由度n,以适应环境的需要。比如当只有方位角关联时χ2分布的自由度变为1,当有部分属性(设m个)参与关联时χ2分布自由度变为(1+m)。

从关联条件来看,多因素综合评判关联算法中包含了方位角关联算法,多因素综合评判算法中的方位角也是关联判断的重要依据,若在方位角不满足条件则整个综合判断结果也不可能满足关联条件。从关联结果来看,方位角关联算法中又包括了多因素综合评判算法。方位角关联判断结果中包括所有方位角满足关联准则的结果,而多因素综合评判是在其中筛选属性以满足条件的关联,方位角关联范围要大于多因素综合评判关联。所以多因素综合评判关联算法和方位角关联算法不是完全不同的两种算法,而是互相关联,互相影响的。

3 仿真结果

3.1 ESM侦察数据融合结果

图2为ESM侦察数据融合结果。

3.2 灰关联数据关联融合结果分析

表1为灰关联数据关联融合结果分析。

把利用灰关联对ESM的时间—方位曲线进行融合,和情报库对比,关联成功率为100%;平台身份识别率为100%。

4 结 语

对雷达无源定位系统数据融合算法进行了系统对比,关联成功率,平台身份识别率均为100%。以后可以在以下几个方面加以改进。

4.1 高精度定位算法问题

对机动辐射源进行单站无源定位过程中,选择定位算法是个关键问题。现有的定位算法中,主要有最小二乘估计算法、EKF滤波算法、特征分解算法、最大似然估计算法等。探索新的算法时,应该主要考虑以下因素:定位精度、算法稳定性与计算量、三维空间定位的适应性、放宽各种约束条件要求后的适应性、对多目标处理的适应性等。

4.2 多目标跟踪定位问题

对于多个目标的定位,预处理是必须的。主要是将不同目标的测量数据进行归并,使同一个目标的测量数据放在一起以备定位计算之用。多目标跟踪过程的关键是如何进行有效的数据关联。

摘要：无源定位目标跟踪雷达系统数据融合方法是信号处理的研究热点,为了探寻无源定位中数据融合的有利方法,系统分析了无源数据关联中系统数据融合的方法,给出了灰关联方法等的具体处理步骤,并通过仿真给出了处理结果。由利用灰关联对ESM的时间-方位曲线进行融合,和情报库对比,关联成功率为100%,平台身份识别率为100%。

关键词：无源定位,数据融合,灰关联,加权最小二乘

参考文献

[1]郭富成.基于运动学原理的单站无源定位与跟踪关键技术研究[D].长沙:国防科技大学,2002.

[2]Arulampalam MSanjeev,Si mon Maskell.A Tutorial on Par-ticle Filter for Online Nonlinear/Non-Gaussian BayesianTracking[J].IEEE Trans on Signal Processing,2002,50(2):174-188.

[3]谢美华,王正明.多传感器跟踪多目标的数据关联[J].中国空间科学技术,2000,20(6):1-7.

定位跟踪系统 篇10

目标定位跟踪技术一直是计算机视觉领域的一个研究热点,涉及到图像处理、目标识别、人工智能等学科知识点,已被广泛应用在视频监控、机器人视觉导航与军事精确制导等领域。运动目标定位跟踪主要是通过在其视频图像中对运动目标进行提取,确定目标在图像中的位置和大小,从而实现对运动目标的定位和跟踪。运动目标定位跟踪系统主要分为两种:一种是摄像机固定,对特定区域内的运动目标进行定位跟踪,此时摄像机可以通过图像跟踪算法来完成对目标的定位跟踪;另外一种则是将摄像机安装在能够转动的可移动的云台上,摄像机将得到的视场内的信息发送给计算机,计算机中的目标定位跟踪软件系统根据对视频图像中运动目标的检测来判断并得到运动目标的大小和运动方向,再将得到的信息传送给云台,而通过控制云台来完成对运动目标的实时定位跟踪,使得目标对象始终能够处于摄像头的视场中心位置。由于摄像头可以随着云台转动,摄像机可以主动地跟踪目标,因此通常把这种跟踪方法称为主动性跟踪[1]。

Open CV是一个开源的计算机视觉库[2,3],由于其轻量而且高级,在科研和生活中发挥着越来越重要的作用。Open CV是由一定量C函数和少量的C++类构成的,可实现图像处理与计算机视觉方面的一些通用算法,Open CV的模块如表1所示。

本文通过对目标跟踪算法—Camshift算法的研究和改进,利用Open CV视觉库,通过VS2008软件平台构建一个目标定位跟踪软件系统,对目标定位跟踪技术的研究和应用提供了方便。

1 目标定位跟踪系统总体设计

1.1 系统总体结构

系统利用摄像机获取目标图像,经图像采集卡将采集到的视频图像传给系统终端,利用终端中的目标跟踪软件系统对采集到的视频图像进行处理实现对目标的初步跟踪;然后,根据目标的移动位置,通过RS485接口进行软件和云台之间通信,以实现对云台的控制,通过云台的转动来调整摄像机的位置,对目标进行实时准确的跟踪。系统的整体组成结构如图1所示。

1.2 系统工作流程

当运动目标出现在可视范围内时,摄像机将捕捉到的视频图像传送给系统终端进行处理,目标定位跟踪软件对视频图像利用光流法对运动目标进行检测识别,然后做运动目标与背景图像的分割,锁定运动的目标进行定位跟踪;随着目标的移动,通过系统软件去控制云台来调整摄像机,以对运动的目标进行实时定位跟踪。

2 系统关键技术

目前比较流行的跟踪算法有基于目标预测的Kalman算法、粒子算法、均值漂移(Meanshift)算法,本文采用改进后的Meanshift算法,即Camshift算法实现对目标的跟踪。

2.1 颜色概率分布

Camshift算法是基于目标颜色为特征的跟踪方法[4],由于RGB颜色模型对光照的亮度变化比较敏感,为了减少光照亮度变化对跟踪效果的影响,Camshift算法将图像由RGB颜色模型转化到HSV颜色模型,方便对目标的特征提取。HSV颜色模型中,HSV是指Hue(色相)、Saturation(饱和度)和Value(明度),RGB颜色模型与HSV颜色模型分别如图2所示。当光照发生变化时,目标图像颜色本质的色度H和饱和度S的值变化很小,而目标图像的亮度值变化较大,所以采用HSV模型的H和S分量描述目标对光照变化不敏感,具有良好的鲁棒性。

HSV模型采用H分量建立目标直方图模型,将原始图像的像素值用直方图中相应像素的统计量代替,然后将得到的结果重新量化到0~255之间,就得到颜色概率分布图。由于颜色直方图不受运动目标的旋转、放大或缩小的影响,所以本文采用在视频图像由RGB颜色模型转化为HSV颜色模型后,再对色相H取统计直方图。

2.2 Camshift算法原理

Camshift算法其实是对Mean Shift算法的改良。在Meanshift算法[4]中,给出一个彩色图像和该图像某个初始搜索区域所对应的色相统计直方图,利用该色相统计直方图得到反射投影图像;Meanshift算法利用该反射投影图像,通过迭代的方法来寻找目标图像的中心,当搜索窗口中心的移动小于给定的阈值时,则返回所得到的目标的位置和大小。

在彩色图像中,将Meanshift算法扩展到了连续的视频图像帧序列,这样就形成了Camshift算法。该算法是将视频图像的每一帧都作Meanshift运算,并使用上一帧图像的运算信息来作为对下一帧图像运算的输入,如此循环迭代,则实现了对活动目标在每一帧图像序列中的检测和跟踪。由于Meanshift算法每次搜索的范围是固定的,而Camshift算法在搜寻目标时会自动更新每次搜索的范围,所以后者更适合应用在对运动的目标进行跟踪的场合,在此,给出了Camshif跟踪算法流程图,如图3所示。

Camshift算法具体实现步骤如下:

(1)读入视频图像中的一帧,初始化该帧图像,并将其从RGB颜色模型转换到HSV颜色模型,同时提取该帧图像H分量的统计直方图;

(2)初始化搜索窗口的大小和位置,统计搜索窗口内的颜色直方图,计算图像的颜色概率分布,生成运动目标的颜色概率模型;

(3)在生成运动目标的颜色概率模型后,得到反向投影图,运行Meanshift跟踪算法,搜索目标图像新的窗口区域;

(4)计算搜索窗口的质心位置(xc,yc)

设(x,y)为搜索窗口中图像像素位置,I(x,y)是投影图中(x,y)处的像素值。定义搜索窗口的零阶矩M00和一阶矩M01、M10:

则得到搜索窗口质心位置:

(5)移动搜索窗口的中心到质心位置

设当前跟踪窗口中心为移动跟踪窗口的中心到质心位置,令,输出目标中心位置为,继续处理下一帧图像序列;否则,转到第(4)步,继续迭代,其中,ε为给定阈值;

(6)通过迭代的方法计算质心移动距离是否小于给定阈值ε来判断是否收敛。如果不收敛,则重复步骤(4)直到收敛为止;如果收敛,则利用最新的搜索结果到新的图像区域中去搜索目标的位置和大小。

3 目标定位跟踪软件系统设计与实现

目标定位跟踪软件系统运行在PC机上,采用界面简单美观、易于操作的VS2008作为开发语言,结合Open CV视觉库进行设计,通过对跟踪算法的选择,可以实现不同跟踪算法下的跟踪效果和位置数据显示。该软件系统主要由视频原始图像区、目标定位跟踪图像区、云台手动控制区、运动目标数据分析区与基本功能键组成。

3.1 目标定位跟踪系统软件设计程序框图

运动目标定位跟踪软件系统设计程序框图如图4所示。

3.2 目标定位跟踪系统软件设计

3.2.1 视频图像获取

在Open CV视觉库中[2,3],利用Hign GUI库对视频进行读写处理以及使用Cv Cam库对摄像机和视屏流进行处理。其设计关键代码如下:

3.2.2 运动目标图像定位跟踪

本文采用Camshift跟踪算法实现跟踪,其与Meanshift跟踪算法不同之处在于,Camshift算法的搜索窗会自动调整对目标的跟踪大小和位置,即随着运动目标在视频图像中显示的大小而自动调整跟踪窗口的大小。

在Open CV视觉库中[2,3],实现Camshift跟踪算法的是cv Camshift类,Camshift算法的形式如下:

其中:prob_image是目标色彩概率分布直方图的反向投影;Window是搜索窗口的初始值;criteria用于判断搜寻是否停止的准则;comp用于保存运算结果,包含收敛的搜索窗口坐标(comp→rect字段)与窗口内部所有像素点的和(comp→area字段);box表示被跟踪的目标的最小矩形。如果非NULL,则包含目标的尺寸和方向。

Camshift跟踪算法的实现过程是首先搜寻运动目标的中心,然后计算运动目标的大小和方向,最后再进行迭代,实现连续跟踪。程序的关键思路是先获得目标图像的背景投影图,然后利用Meanshift算法对图像序列中的一帧进行跟踪,最后扩展到连续的视频图像帧序列,就形成了Camshift算法跟踪,其主要程序如下:

3.2.3 目标定位跟踪数据分析

运动目标图像的跟踪可以通过视觉进行大致分析,然而精确的数据更能方便地为目标跟踪定位的效果提供分析依据。为此,本文利用Open CV中的Zedgraph动态链接库来分析原始目标与跟踪目标的位置轨迹变化。Zedgraph作为一个优秀的、开源的2D绘图控件,其强大的功能,灵活的定制性,出色的性能使其成为.net平台上出色的、不可多得的趋势图作图工具。部分代码如下:

3.2.4 云台与终端通信

由于本系统所采用的云台的通信接口为RS-485,而计算机的COM口采用的是RS-232通信方式,因此需在计算机COM口连上一个RS-232到RS-485的转换接口,选择使用的是MAX485芯片所设计的一个转换接口。通过云台与计算机之间的通信,可以在对目标跟踪的时候,云台随着目标的移动而转动实现定位跟踪目标,也可以通过人为主观的控制去查找用户感兴趣的图像区域。

3.3 目标定位跟踪软件系统实现

本文利用VS2008软件平台,结合Open CV视觉库所设计的运动目标定位跟踪软件系统如图5所示,其操作方便,美观实用。软件的左上方主要为视频图像的采集与跟踪区;左下角为运动目标定位跟踪的数据分析区,图中显示的为原始运动目标与运动目标跟踪的轨迹位置变化;右半部分主要包括运动目标跟踪的算法选择区、云台手动控制区与一些基本功能区。

4 结束语

本文首先对运动目标定位跟踪技术进行了简单的叙述,分析Camshift目标跟踪的算法,通过对视觉库Open CV的介绍和研究,在VS2008平台上设计了一款基于Open CV的运动目标定位跟踪软件系统。通过具体的实验分析验证,该软件系统可靠性高、运行稳定、而且定位跟踪效果好,为以后对运动目标定位跟踪的深入的理论研究和进一步的实际应用提供了方便,具有一定的实际意义。

摘要：目标定位跟踪技术一直是计算机视觉领域的一个研究热点。为了更好地改进目标跟踪算法的跟踪特性,设计一种基于OpenCV的目标定位跟踪软件系统。通过对Camshift跟踪算法的研究和改进,以实际的跟踪环境为背景,利用VS2008软件平台和OpenCV库函数,设计一种可以控制云台并实时定位跟踪运动目标的软件系统。实验证明,本系统定位跟踪精确,为运动目标的定位跟踪的研究和应用提供了方便,具有一定的实际意义。

关键词：OpenCV,目标定位,目标跟踪,Camshift

参考文献

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[2]于仕琪,刘瑞祯.学习OpenCV(中文版)[M].北京:清华大学出版社,2009.

[3]陈胜勇,刘胜.基于OpenCV的计算机视觉技术实现[M].北京:科学技术出版社,2008.

[4]赵雪.基于自适应颜色特征的Camshift改进算法的研究[D].大连:大连海事大学,2010.

定位跟踪系统 篇11

作为“智能信息感知末梢”,物联网以其独特的优势,能在多种场合满足智能电网信息获取的实时性、准确性、全面性等需求,在智能电网的发、输、变、配、用以及调度等各大环节发挥巨大优势。无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术是物联网核心技术之一,作为一种新兴的技术手段,无线传感器网络综合了传感器技术、自组织网络技术、数据融合技术、目标定位技术等,有效地实现了数据采集、传输及处理的高度智能化[1]。针对变电站中的人工巡检不便于监管、外来人员误入非操作区域发生危险等问题[2,3],设计了基于WSN技术的变电站人员定位跟踪系统。

1 系统功能设计

变电站是高危作业环境,误入间隔、巡视不到位等违规作业行为时有发生,变电站人员定位跟踪系统可实时定位作业人员的当前位置,跟踪其在站内的移动轨迹,自动感知误入工区等行为,自动记录巡视人员的巡视轨迹,有效监控巡视不到位、漏巡甚至不巡等违规作业行为,并以声光报警的形式来提醒误入的作业人员,在现场报警的同时,将相关信息传送到监控中心,后台管理部门可以采取相应措施,防止事故的发生。

2 系统架构设计

从物理上看,系统包括变电站现场和监控中心,在变电站现场需安装数据采集、数据传输、数据预处理相关设备,包括锚节点、网关节点和前置机,在监控中心部署服务器。系统架构如图1所示。

锚节点沿着巡检路线部署于目标区域及其附近危险点的监测区域。锚节点能够自动组网,采集指定信息并接收其覆盖范围内的信号,包括工作人员移动中不断变化的区域范围和具体的位置信息。通过网关将数据上传到前置机,前置机通过一定的定位算法确定工作人员或外来访客的位置,并确定该人员所处区域是否为非法区域,如果是,系统将自动报警,提醒巡检人员注意安全,提醒外来人员回到合法区域,同时通知相关部门进行应急处理。另一方面,前置机收到或处理后的数据通过内部以太网发送到监控中心的服务器上,将监测信息展示给管理人员,并完成任务的统计和汇总,为工作人员的考核提供参考。

3 系统实现

3.1 锚节点的工作原理

锚节点由微波感应模块、声光报警模块、WSN无线通信模块组成,安装在变电站的危险区域中。用户通过监控中心或者遥控器对锚节点发出布防指令,即对变电站的危险区域进行布防,锚节点根据指令作出布防状态的改变。当布防指令为设防时,微波感应模块开启,此时监控范围内有任何人员侵入,都被视为非法,锚节点立即激活声光报警功能,发送告警信号至监控中心并展现出来,说明此时有人闯入了危险区域。人体感应功能依据微波感应位移模块来实现。此模块可以达到0.3～10 m的感应距离,16级可调,并具有抗射频干扰能力强,不受温度、湿度、光线、气流、尘埃等影响的特点,完全满足锚节点需要。使用微波模块进行布防的优点在于,可以根据危险区域的大小来调整布防范围,而且感应距离的设置和调整方便简单。

3.2 区域重叠的人员定位与跟踪算法

该功能采用区域重叠的定位算法实现,通过布设若干个锚节点,感应人员的到达。基本原理为:若能被一个锚节点感应到,则表示人员在该锚节点的感应区域内;若能同时被几个锚节点感应到,则表示人员在几个锚节点感应区域的重叠区域[4]。

定位图解如图2所示,以A,B,C 3个锚节点为例,设锚节点的摆放位置分别为(xA,yA),(xB,yB),(xC,yC),锚节点的感应距离分别为d1,d2,d3,设其覆盖区域是以感应距离为半径的圆。锚节点之间会有覆盖重叠部分,分为2个或2个以上锚节点的覆盖重叠,或只被1个锚节点覆盖的区域,这2种情况下的定位实现如下。

1)有2个或2个以上锚节点信号覆盖区域。首先计算出重叠部分交点的坐标,然后计算交点坐标的质心,质心就为人员的坐标。以图2中的阴影部分为例,重叠的区域3个顶点分别为p1,p2,p3。

首先计算p1的坐标(x1,y1)

计算p2的坐标(x2,y2)

计算p3的坐标(x3,y3)

然后计算这3个交点的质心,此时人员的坐标(x,y)为:

2)只有1个锚节点的信号覆盖区域。此时人员在该锚节点圆心的周围,以该锚节点坐标作为人员当前位置坐标。

区域重叠定位算法的流程如图3所示。

通过以上2种方法,可以把工作人员的行走轨迹描绘出来,在监控中心的界面上显示,实现了人员的跟踪。

区域重叠定位算法的优势在于,利用微波感应进行区域布防,可以调整不同的感应距离,工作人员或外来人员均不需要佩戴移动标签,既简单又便捷,该定位算法通过2个不同区域的坐标确定,可以对人员的位置坐标进行确定,并展现其移动轨迹。

3.3 声光报警

现场和监控中心都具有声光报警的功能,现场的声光报警在入侵的时间段内一直持续,并且程度也随之增强,直至侵入终止为止。与此同时,监控中心的声光报警在入侵终止后仍一直持续,警示管理人员,直到管理人员采取措施为止。监控中心的声光提示可以即时关闭,但不影响画面显示和下一次报警[5]。

3.4 监控中心

监控中心的后台软件主要是对现场的情况和上传的数据进行实时展示,显示各个时间点工作人员位置以及行动轨迹,使得管理人员可以清晰地监控现场的情况,并且可以对发生的紧急情况进行处理[6,7]。后台软件具有系统管理、基础数据管理、电量管理、任务管理和综合查询等功能,方便各级用户使用。

4 结语

文章设计的定位跟踪系统,将微波感应模块、WSN无线通信网络与监控后台相结合,可以有效地对变电站内工作人员及外来人员进行定位跟踪。对人员靠近危险作业区域、误入非作业区域等非法行为进行声光告警,并能展现作业路线,实时展现和回放运动轨迹,做到了实时、有效的监控。这在一定程度上加大了对变电站监管的力度,提高了变电站作业的安全性与规范性。

摘要：为了加强对变电站工作人员的监督,设计了基于无线传感器网络技术的变电站人员定位跟踪系统。该系统通过微波感应模块对危险区域进行布防,采用区域重叠定位算法进行人员定位跟踪,对非法人员进行声光告警,利用WSN通信节点进行数据传输,通过后台监控中心显示相关信息,有利于对相关人员进行实时、有效的监控,确保变电站作业的安全性与规范性。

关键词：无线传感器网络,定位跟踪系统,区域重叠定位算法

参考文献

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[5]梁湖辉,张峰,常冲,等.基于Zigbee的变电站监测报警系统[J].电力系统保护与控制,2010,38(12):121–124.LIANG Hu-hui,ZHANG Feng,CHANG Chong,et al.Zigbee-based substation monitoring and alarming system[J].Power System Protection and Control,2010,38(12):121–124.

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