声波跟踪定位系统
aoa定位法
aoa定位法
AOA定位法是一种基于声波技术的定位方法，其全称为Acoustic Positioning System (声学定位系统) based on Angle of Arrival (AOA)。
它利用声波在空气中的传播速度较慢的特点，通过测量声波到
达不同接收器的时间差，从而计算出源信号的位置。
下面是使用AOA
定位法的详细步骤：
第一步：设置参考信号源
在使用AOA定位法进行定位前，需要先设置一个参考信号源。
一
般情况下，参考信号源放在场地的边缘或者中心位置，作为整个场地
的定位基准点。
第二步：放置接收器
在场地内放置一定数量的接收器，接收器的数量根据需要定位的
精度和场地的大小来决定。
接收器放置的位置需要固定，不能随意更改，否则会影响定位的准确性。
第三步：发送声波信号
在参考信号源处发送声波信号，声波信号将在空气中传播，被接
收器接收到。
接收器会记录下声波到达的时间差，根据时间差计算出
声波传播的角度。
第四步：计算源信号位置
根据声波传播的角度和接收器的位置，可以计算出源信号的位置。
一般会采用三角定位的方法，即通过三个接收器计算出源信号的位置，所以需要放置至少三个接收器。
AOA定位法具有定位精度高、干扰少、容易实现等优点，被广泛
应用于室内定位、无人机定位等领域。
但是，它也存在定位精度受多
径效应影响、不能跟踪移动目标、成本较高等缺点。
在实际应用中需
要根据具体情况选择合适的定位方法。
基于超声波的跟踪定位系统研究
基于超声波的跟踪定位系统研究在现代社会中，人们需要对移动物体进行实时追踪和定位，以便于进行相关监测和控制操作。
为了实现这个目标，基于超声波的跟踪定位系统成为了一个被广泛研究的领域。
这篇文章主要探讨了基于超声波的跟踪定位系统的研究，包括定位原理、系统设计、算法实现和应用领域等方面。
一、定位原理基于超声波的跟踪定位系统是一种利用声波在空气中的变化进行测距、定位和追踪的技术。
声波是一种机械波，它能够在空气中传播，并在遇到不同密度的物体时发生反射、折射和散射等现象。
这为声波跟踪定位提供了基础条件。
在这种系统中，如何采集声波信号并从中获取有用的信息是至关重要的。
定位原理的核心是测量声波传播的时间差。
在系统中，一组发射器和接收器被放置在目标区域内。
这些发射器将超声波信号发送到目标物体，接收器接收到物体反射回来的声波。
通过测量发射和接收的时间差，可以确定目标物体与接收器之间的距离。
当有多组发射器和接收器组成网络时，可以利用三角定位法计算目标物体的位置。
二、系统设计基于超声波的跟踪定位系统由以下几个部分组成：1. 发射器：负责发射超声波，通常使用压电材料来产生机械振动引起声波发射。
2. 接收器：负责接收目标物体反射回来的声波，并将其转化为电信号。
通常采用压电材料来产生电信号。
3. 时间测量器：负责测量发射器和接收器之间的时间差来确定目标物体与接收器之间的距离。
4. 数据处理器：负责实现测距数据的处理，包括三角定位法的计算。
5. 软件界面：提供用户接口和数据输出，通常使用图形化界面。
三、算法实现基于超声波的跟踪定位系统通常采用三角定位法来计算目标物体的位置。
三角定位法是利用目标物体与多个发射器/接收器之间的距离来计算目标物体在平面或空间中的位置的一种方法。
当目标物体与三个以上的发射器/接收器配对时，可以通过计算交点来确定目标物体的位置。
交点是所有发射器/接收器之间连线的交点，它是目标物体在平面/空间中的位置。
四、应用领域基于超声波的跟踪定位系统具有广泛的应用场景，包括物流、工业生产、医疗、安全等领域。
定位系统声学性能及测量方法固定波束形成
定位系统声学性能及测量方法固定波束形成定位系统的声学性能指的是通过声音来确定目标物体位置的效果和准确度。
声音在水中传播，通过接收器接收到的声波信号可以用于确定目标物体的方位和距离。
正确地评估和测量定位系统的声学性能对于设计和优化定位系统至关重要。
本文将介绍定位系统的声学性能及其测量方法。
首先，定位系统的声学性能可以通过以下几个方面进行评估：1. 定位精度：这是评估定位系统的最基本指标之一、它指的是系统测量到目标物体位置与其真实位置之间的差距。
定位精度越高，系统的性能越好。
通常使用均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）来评估定位精度。
2.定位分辨率：它指的是当目标物体或声源位置发生微小变化时，系统能否准确地测量到这些变化。
定位分辨率越高，系统对于微小位置变化的测量能力越好。
3.定位准确度：它指的是系统的测量结果与目标物体真实位置之间的偏差，即测量误差。
定位准确度越高，系统的性能越好。
4.定位稳定性：它指的是系统在不同环境条件和操作情况下是否能够保持一致的测量结果。
定位稳定性越高，系统的性能越可靠。
接下来，介绍几种测量定位系统声学性能的方法：1.实验室测试：通过在实验室环境中模拟不同的声源位置和目标物体距离，使用专业的声学测量设备来进行测量。
通过比较测量结果和真实位置，可以评估系统的准确性和精度。
2.水池测试：通过在水池或水下试验场中进行实际测试，将定位系统部署到水下，然后使用声源发出声波信号，并使用接收器接收到的声波信号来确定目标物体位置。
根据实际测试结果可以评估系统的性能。
3.实地测试：通过在实际水下环境中进行测试，比如海洋、湖泊或河流等。
在实地测试中需要考虑环境因素对系统性能的影响，例如水质、水流等。
实地测试能够更好地反映系统在实际工作环境中的性能。
4.数值仿真：使用计算机模型和仿真软件进行定位系统性能的仿真和评估。
通过在仿真软件中建立声学传播模型和定位算法模型，可以模拟不同的情况和场景，评估系统的性能。
可移动声源定位系统设计
可移动声源定位系统设计一、系统原理可移动声源定位系统基于声波的传播特性，通过收集声波信号的时间差和相位差信息，计算声源位置。
该系统由多个节点组成，每个节点都有麦克风接收声波信号，然后将信号通过无线传输方式发送到一个中心节点，中心节点计算出声源位置并将位置信息反馈给用户。
二、系统硬件设计1. 麦克风阵列麦克风阵列是收集声波信号的核心部件，其设计要求能够有效地捕捉声源的声波信号。
本系统采用了六个麦克风组成的线性阵列，阵列中每个麦克风之间的距离为1.5厘米。
2. 数据采集卡数据采集卡是用来将麦克风阵列收集到的声波信号转换为数字信号，以便进行后续计算。
本系统采用了PCIe接口的数据采集卡，采样率为48kHz，位深为24位。
3. 中央处理器中央处理器是系统的核心，用于计算声源位置和与用户进行交互。
本系统采用了英特尔i7处理器，主频为3.6GHz，内存为16GB。
4. 无线模块无线模块是用来将数据从分布式节点传输到中心节点。
本系统采用了2.4Ghz的无线模块，最大传输速率为2Mbps。
1. 信号处理算法信号处理算法是用来对从麦克风阵列收集到的声波信号进行处理，以得到时间差和相位差信息。
本系统采用了交叉相关算法（Cross-Correlation）和相位差算法（Phase Difference），以提高定位精度。
2. 定位算法定位算法是用来计算声源位置的核心算法。
本系统采用了三边定位算法（Three-Side Localization Algorithm），能够通过三个节点接收到的信号时间差信息计算出声源位置。
3. 用户界面设计用户界面是用来与用户进行交互的重要组成部分。
本系统采用了图形用户界面（Graphical User Interface），将声源位置以地图图像的形式展现给用户，增强用户体验。
四、实验结果通过对可移动声源定位系统进行实验测试，得到了较为理想的实验结果，可正确地计算出声源位置。
在不同环境下进行测试，定位误差在1-2米之间，可以满足实际应用需求。
声音定位系统
声音定位系统介绍声音定位系统是一种通过声音的方向和距离来确定声源位置的技术。
声音定位系统在很多领域中都有广泛的应用，包括通信、安全监控、自动驾驶等。
本文将介绍声音定位系统的原理、应用以及未来发展趋势。
原理声音定位系统的原理基于声音在空气中传播的特性。
当声源发出声音时，声波会在空气中传播，并且以特定的速度以球面的形状扩散。
当声波到达接收器时，通过计算声波到达不同接收器的时间差（Time of Arrival，TOA），可以确定声源的方向。
另外，通过接收器之间的距离差异（Time Difference of Arrival，TDOA），可以确定声源的距离。
声音定位系统通常由多个麦克风阵列组成。
这些麦克风分布在不同的位置上，并通过算法来处理接收到的声音信号。
常用的算法包括交叉相关函数（Cross-Correlation Function，CCF）和迭代最小二乘（Iterative Least Squares，ILS）等。
这些算法可以通过比较接收到的声音信号的差异来确定声源位置。
应用声音定位系统在许多领域中都有广泛的应用。
通信声音定位系统可以用于改善通信质量。
通过确定对方的位置，系统可以自动调整音频的方向和音量，以提供更好的听觉体验。
此外，声音定位系统还可以用于实现多方通话，通过确定每个参与者的位置，系统可以将声音定向传输，从而减少干扰。
安全监控声音定位系统可以用于安全监控领域。
通过安装多个麦克风阵列，系统可以实时监测声音的方向和距离。
当系统检测到异常声音时，可以立即通知安全人员，以便采取相应的措施。
此外，声音定位系统还可以用于定位紧急呼叫或报警设备的位置，以便及时响应。
自动驾驶声音定位系统在自动驾驶领域也有重要的应用。
通过安装多个麦克风阵列和声音定位系统，车辆可以实时监测周围环境中的声音，并确定声源的位置。
这对于识别交通信号灯、行人或其他车辆的位置非常有帮助，从而提高自动驾驶车辆的安全性和可靠性。
未来发展趋势随着技术的不断进步，声音定位系统将会有更广泛的应用和更高的精度。
六大系统之人员定位跟踪系统管理制度
六大系统之人员定位跟踪系统管理制度简介人员定位跟踪系统是指一种采用现代技术手段，实现对特定人员进行实时定位、跟踪的一种管理辅助工具。
其应用范围广泛，可用于企事业单位、公共场所、特殊行业等多个领域。
本文将从人员定位跟踪系统的概念、意义、功能、分类、管理制度等方面进行阐述，以期对人员定位跟踪系统的建设和管理提供参考。
概念人员定位跟踪系统（Real-time Location System, 简称RTLS）是指一种通过轨迹定位、无线通信、数据库、算法等技术手段，实现对人员位置信息进行实时采集、传输、处理和展示的一种管理辅助工具，可用于员工考勤、安全防护、事件溯源等多种场景。
意义人员定位跟踪系统具有以下几点重要意义：1.提高管理效率。
人员定位跟踪系统可实现对人员位置信息的实时掌控，使管理者能够快速、准确地了解人员位置、状态、活动轨迹等信息，从而更好地进行管理和调度。
2.加强安全管理。
人员定位跟踪系统可实现对人员的安全监测和应急救援，一旦发生安全事故，可以迅速派遣救援人员进行紧急救援，最大程度地减少安全事故带来的损失。
3.优化服务质量。
人员定位跟踪系统可帮助企业或组织更好地了解客户需求和行为路径，从而改进服务质量和提升客户体验。
功能人员定位跟踪系统的主要功能包括：1.实时定位：通过无线定位技术，实现对人员位置的实时定位。
2.位置展示：将采集到的定位数据进行处理和展示，实现对人员位置的呈现和追踪。
3.轨迹回放：根据采集到的历史位置数据，实现人员轨迹回放和分析。
4.事件监测：通过对人员活动轨迹数据的分析和处理，实现对关键事件的监测和预警。
5.数据管理：对采集到的位置数据进行存储、管理和统计分析。
分类按照不同的定位技术，人员定位跟踪系统可分为以下几类：1.无线电波定位系统：采用无线电波信号进行定位，如超宽带、蓝牙、无线局域网等。
2.红外光束定位系统：采用红外光束进行定位，如红外定位牌、红外定位灯等。
3.声波定位系统：采用声波信号进行定位，如超声波定位系统等。
鱼类声学信号定位追踪系统
鱼类声学信号定位追踪系统o鱼类声学信号定位追踪系统产品类型：鱼类声学信号定位追踪系统产品描述：鱼类声学追踪系统鱼类声学追踪系统利用水声通信技术对鱼类进行研究，系统包括声波发射器和接收器。
声波发射器固定在鱼身上，可集成压力和温度传感器，压力和温度数据保持在存储器中，接收器用于接受声波发射器中存储的数据和定位声波发射器。
鱼类声学追踪系统用于短距离、远程鱼类追踪或鱼类习性和洄游行为研究。
1、超声波发射器a、编码标记：用于鉴别移动、通过的或者固定的个体，具有唯一性；b、自动遥测记录：除了上述的参数之外，可以记录温度、压力，死亡率和其他环节信息。
c、声学和音频：用于不同环境中的追踪，即使在陆地上，通过音频和声学发射器也可以使用，内置天线。
2、接收器：a、主动追踪：手动追踪系统用于实时追踪和监测；b、被动追踪：水下超声接受器能够记录和保存鱼的ID信息，并记录时间信息，用于研究鱼的生活习性。
通过一系列阵列排布可以高精度的记录鱼的运动数据，3、换能器：方向性和全向换能器鱼类研究产品编码标记：Sonotronics发射器信息，从最小尺寸到最大尺寸可供选择，所有发射器具有独一无二的“内置追踪运输法则”，成千上万个发射器可以通过自动接收器“SUR’s”和手动追踪接收器鉴别出来（USR-08，DH-4）。
PICO TAGS微型标记：PT系列频率：69-83KHZ范围：300-750m+MINIATURE TAGS小型标记:IBT-96系列频率：69-83KHZ范围：500m+TRACKING TAGS追踪标记：CT系列频率：32-40，69-83KHZ范围：1000米HIGH POWER TAGS高功率标记:CHP-87系列类似于CT-82，输出功率更高频率：32-40,69-83KHZ范围：3000米声学和无线电发射器：ATR-01和ART-02,集声学和无线电发射器于一体，无需额外天线。
范围：32-40,69-83KHZ 声学150MHz RF，范围：1000m（RF和声学）ATR通过Telonics连接，AZ在接收器末端，Sonotronics推荐USR-96接收器用于接受声学信号，使用TR-4和RA-14K天线结合体用于接受无线电发射信号。
主被动声波阵列信号探测及定位
主被动声波阵列信号探测及定位声波阵列信号探测及定位是一种利用声波信号进行目标探测和定位的技术方法。
它主要通过声波在空气或水中传播的特性，通过主动发射或被动接收声波信号，实现对目标位置和特征的探测。
声波阵列系统由多个声源和接收器组成，其中声源可以主动发射声波信号，而接收器可以接收来自目标或其他源的声波信号。
通过将多个声源和接收器分布在空间中的不同位置，声波信号在传递过程中的延迟和强度变化可以提供目标位置和特征的信息。
在主动声波阵列信号探测中，系统通过控制声源发射声波信号，并通过接收器接收回波信号，从而分析回波信号的时延和幅度变化，以确定目标位置。
通过计算声波信号的传播速度和控制声源的发射时刻，可以精确计算目标距离。
此外，目标在声波传播过程中的散射情况也可以提供目标的特征信息，如形状、表面特性等。
被动声波阵列信号探测则是基于接收来自目标或其他源的声波信号进行目标定位。
由于目标本身会散射声波信号，通过分析接收到的声波信号的到达时间差和幅度变化，可以确定目标的位置和特征。
被动声波阵列信号探测通常不需要发射声波信号，因此对目标的隐蔽性较好。
在实际应用中，主被动声波阵列信号探测及定位技术有着广泛的应用，尤其在海洋探测、水声通信和目标定位等领域。
在海洋探测中，声波阵列技术可以用于定位和追踪潜艇、水雷等水下目标；在水声通信中，声波阵列技术可以提高通信质量和距离；在目标定位中，声波阵列技术可以用于定位飞机、船只等目标。
然而，声波在传播过程中存在一些限制和挑战。
首先，声波信号的传播速度与介质有关，而介质的性质又会影响声波信号的衰减和散射。
其次，噪声和干扰对声波信号的传输和接收可能产生影响，降低探测和定位的准确性。
此外，多径效应和多目标问题也是声波阵列探测和定位中需要克服的技术难题。
为了解决以上问题，声波阵列技术可以与其他传感器技术相结合，如雷达、红外、电磁等，实现多模态的目标探测和定位。
不同传感器的组合可以提供更全面和准确的目标信息，并具有互补优势。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3 声波跟踪定位系统
3.1. 跟踪定位技术概述
本设计要求实现的是利用声定位技术进行探头定位的手动超声扫描成像系统，因此，必须研制与此相适应的跟踪装置，而传感器技术是实现这一功能的关键硬件。
现实中用到的跟踪装置的原理主要有声学、光学和磁性三种。
根据本设计的特点，要求的是对钢板的内部的缺陷进行检测，采用光学的设备显然不合适，因为光通常沿直线进行传播，方向具有很强的单一性，这不利于跟踪定位；磁性原理就更不适用了，因为所检测是钢铁类的材料，磁性跟踪定位的使用将会造成钢铁材料的磁化，从而使得跟踪定位很难实现。
所以选用声波跟踪定位系统。
实现声波跟踪定位，从而准确地确定探头所扫描点的位置是声波定位的最终目的。
以下是通用的声波跟踪系统原理的介绍。
3.2. 声波跟踪定位原理
基于声波测距的平面定位系统是采用声学测量的方法。
过去人们往往认为超声波测距的精度一般不会很高，但这种基于超声波测距平面跟踪定位系统具有比较高的精度。
超声波传感器检测距离的手段多种多样，但最主要的方法是检测渡越时间。
渡越时间是指声波从发射器发出到声波接收器接收到声波所经历的时间间隔。
声源与目标之间的距离与声波在声源与目标之间传播所需的时间成正比，测量出渡越时间就可计算出声源与目标之间的距离。
根据多个不同位置的声波对同一个声波发射器进行测距，通过计算可确定这个声波发射器在二维空间的位置。
这种测量距离的方法对对象的材料性质依赖较小，并且不受电磁波、粉尘等干扰。
其二维定位原理是：利用如下测量原理可以实现二维定位与定向。
设在参考坐标系的X轴上分别安装有2个超声波接收器R1、R2，同时在要检测的物体安装有声波发射器S。
如图3-2-1所示。
图3-2-1超声波二维定位系统原理
设在静止参考二维坐标系XY 中，S 为运动物体上的参考点，其坐标用S(Sx,Sy)表示，R1、R2是在X 轴上关于原点对称的两个固定点上，其坐标分别为R1(-a/2,0)和R2(a/2,0)，设点S 到R1、R2两点距离分别为L1、L2，则可以列出下列方程组： 212212L S S a y x =+⎪⎭
⎫ ⎝⎛+ 2
222
12L S S a y x =+⎪⎭
⎫ ⎝⎛- 求得S 的坐标为：
a L L S x 22
221-= 2
2
2212222⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=a L L a L S y （3-1） 由此可以推知，当在S 点固定声波发射器，在R1、R2分别固定声波接收器，根据测得发送器和接收器之间的距离和发射器之间的距离a 即可求出发射器的平面坐标，由于声波测距系统的快速响应特征，通过一定采样率的连续测量即可实现运动物体位置坐标的快速动态测量。
3.3 声波跟踪定位系统实现
声波位置跟踪器是定位跟踪系统中最主要的组成部分，下面是一般的结合微机的声波跟踪定位系统，采用的是多频超声波位置跟踪器，主要组成框图如3-3-1图下：
图3-3-1多频超声波位置跟踪器组成框图
系统由计算机、数字I/O 卡、超声波发送/接收电路组成。
其中，计算机系统采用普通微机；数字I/O 卡是基于ISA 总线的16位数字输出、8位数字输入的I/O 卡；超声波发送电路采用了30kHz 、35kHz 、40kHz 三个频率发送超声波。
S 发射超声波，设发射的时间间隔定为t(ms)，t 的大小由超声波所应测量的最大距离决定，估算公式为：)(340
)(max ms mm l t ，其中m ax l 是测距系统的最大作用距离。
定时电路时序及各信号波形如图3-3-2所示。
图3-3-2 定时电路时序及各信号波形
TRIGGER 为触发脉冲，整个时序由它控制。
WA VE-S 信号中为方形的波为超声波发射信号，WA VE-R 为超声波接收信号。
WA VE 为经过滤波器后的信号。
PEEK 是经过峰值检测电路后的信号。
RESET 为峰值检测电路的复位信号。
SIGNAL 是最终送入数字I/O 卡的信号。
渡越时间由数字I/O 卡上的计数器计数测量的。