电子白板实验系统设计和定位算法研究与实现

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电子白板是近些年来出现的一种高科技产品,它集信息处理技术、定位技术和尖端电子技术等高新技术于一身,广泛应用于教育、商务及办公等领域。随着教育信息化的不断深入,电子白板在教育领域承担着越来越重要的角色。随着电子白板的应用越来越广,人们对电子白板提出了更高的性能要求,例如更高的定位精度、提高系统稳定性等,解决这些问题并在此基础上完善电子白板,就成为一个极具吸引力的研究方向。  本文在分析了电子白板产品国内外的发展现状,并对目前存在于市场上的几类电子白板产品进行分析和比较的基础上,设计了一款电子白板实验系统,作为算法研究与验证的平台,并围绕电子白板的定位算法展开研究,主要研究工作如下:  第一:设计实现了电子白板实验系统  鉴于电子白板产品高度集成化,体积较大,不利于实验研究的情况,在分析电子白板产品功能的基础上,搭建了电子白板实验系统的整体框架,并基于分立元件设计了系统的各功能模块,包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块、数据传输模块以及上位机软件,完成了各功能模块的元器件选型、硬件电路设计、调试程序的设计。对电子白板实验系统进行模块功能测试,结果表明各模块能够实现预期功能,满足设计要求。本文设计的电子白板实验系统相较于电子白板产品,具有体积小、成本低等优点,同时容易获取内部传感器的采样数据,为后续的算法研究与验证提供了便利条件。  第二:基于目标跟踪算法实现了电子白板信号笔的定位  鉴于基于UKF的目标跟踪算法在跟踪过程中具有较强的鲁棒性,而且能有效消除噪声的影响,具有较高的跟踪精度。本文将目标跟踪的UKF算法应用于电子白板信号笔的定位,根据信号笔的运动特点,建立了信号笔的运动模型,给出了UKF算法初始状态的确定方法,基于最小二乘法计算得到了超声波传感器的噪声统计特性:对不同情况下的信号笔运动轨迹进行了仿真实验,结果表明基于UKF的跟踪算法的定位精度要优于基于TOA的定位算法。  第三:应用改进小波阈值去噪法去除定位数据中的飞点  电子白板在使用过程中由于受到环境干扰,使得超声波传感器的测量数据产生飞点,导致信号笔定位轨迹出现较大偏差。而UKF算法不具有对飞点的容错能力,针对这一问题,提出了一种改进小波阈值去噪法处理飞点数据,仿真实验表明本文的改进算法对孤立飞点和连续飞点均有良好的去除效果。  本文的研究工作对于电子白板的定位研究以及算法的验证具有一定的参考价值。
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