基于SDS-TWR算法的TOF精确定位系统

分析了SDS-TWR测距算法的定位原理,提出了基于TOF(time of flight,TOF)技术、采用SDSTWR(symmetrical double-sided two way ranging,SDSTWR)测距算法的煤矿巷道精确定位系统方案。测试结果表明,该系统的定位精度95%,达到6m以内信号有效覆盖范围半径为500m,功耗满足矿用设计要求,验证了方案的可行性。

SDS-TWR无线测距在城轨列车防撞系统中的应用研究

城轨列车在ATP失效模式下的防撞保护是保证列车安全运行的重要手段.基于SDS-TWR的无线测距方法能够提供良好的测距精度和测距距离.本文结合SDS-TWR原理,对城轨列车在高速移动、坡道、弯道及隧道环境等路况条件下的无线测距进行了建模分析,同时给出了分析方法和计算结果.最后以城轨列车防撞预警系统为例证明了将SDS-TWR应用于复杂环境下测距的可行性.

TDOA/SDS-TWR联合的超宽带室内测距

超宽带室内定位系统常用的测距方法是TDOA和SDS-TWR,针对TDOA测距在硬件上难以实现时钟精确同步和SDS-TWR测距速度慢,提出了一种基于超宽带信号的TDOA和SDS-TWR联合的新的测距方法。该方法将已知锚节点分为通信主节点和辅助节点,可直接测得定位所需的主节点到目标节点的通信时间和目标节点到辅助节点的时间差信息,并可以此计算出该定位区域内所有锚节点与目标节点的距离。通过误差分析发现,所提方法在室内定位中足够准确,且仿真结果表明,其定位精度在25 cm内,比TDOA测距的误差更小并改善了SDS-TWR测距速度慢的问题。

基于UWB的矿井电机车实时定位系统

矿井电机车实时定位系统对无人电机车自动、安全运行意义重大。针对现有矿井定位技术在电机车行驶过程中定位精度低的问题,采用UWB定位技术作为电机车的实时定位系统。对于UWB测距误差特性,选用了双边双程测距算法(SDS-TWR)。另外,为了提高定位精度,同时方便单片机的计算,简化了卡尔曼滤波算法。实验表明,该定位系统能提供精准的实时定位需求,定位精度为13.6cm,能够满足电机车实时定位的要求。

SDS—TWR技术在煤矿人员定位系统中的应用

针对目前煤矿人员定位系统大多只能掌握井下人员所在区域、不具备精确定位功能的问题,介绍了一种对称双边两路测距(SDS-TWR)技术的原理,并将其应用到煤矿人员定位系统中。测试结果表明,基于SDS-TWR技术的煤矿人员定位系统测距误差在2m以内,能够满足井下人员定位的精度要求。

异步测时矿井人员精确定位方法

现有矿井人员定位方法定位误差大,难以满足煤矿事故救援、运输和机电事故防治等需求。为提高矿井人员定位精度,提出了异步测时矿井人员精确定位方法:在井下巷道中间隔一定距离安装定位分站,保证相邻分站可相互无线通信,定位卡可与两个邻近分站同时进行通信。任一定位发起分站向通信范围内的定位卡和相邻分站发送测距信号,相邻分站收到测距信号后也向定位卡发送测距信号,定位卡分别向定位发起分站和相邻分站回复应答信号。定位发起分站收到定位卡回复的应答信号后,计算收发测距信号时间。相邻分站收到定位卡回复的应答信号后,计算收发测距信号时间,并将其发送给定位发起分站。定位发起分站根据本分站和相邻分站收发测距信号时间、本分站与相邻分站间距和信号传输速度,计算出定位卡距本分站和相邻分站距离。异步测时法测距仅与分站收发测距信号时间有关,与信号强度无关,定位精度不受信号发送功率、接收灵敏度和信号传输衰减影响。异步测时法与定位卡时钟无关,大大降低了定位卡复杂度和成本,同时也不需要定位分站之间同步,降低了定位分站复杂度和成本。仿真实验表明,在时钟频率偏移相同等实验条件下,TWR和SDS-TWR等其他矿井人员精确定位方法的定位误差是异步测时法定位误差2倍以上。

基于CSS技术的井下精确定位系统设计

针对现有井下定位系统大多只能提供区域性定位功能,无法为人员或设备提供精准、实时的位置信息的问题,提出了基于CSS技术的井下精确定位系统设计方案。该系统利用SDS-TWR定位算法和定位管理协议,在得到高定位精度的同时,不需要进行系统的时钟同步,增强了系统的可实现性和稳定性。井下测试结果表明,该系统可实现井下设备和人员的高精度定位,定位精度达到3m以内,最远传输距离达到350m。

基于CSS技术的室内导航系统设计与实现

设计并实现了一种基于Chirp信号往返飞行时间(round time of flight,RTOF)的室内导航系统,用于在复杂建筑物内部多个目标点的定位及跟踪。系统采用时分算法允许多标签同时定位,移动标签与锚节点之间实现双边双向测距(symmetrical double-sided two-way ranging,SDS-TWR)算法,移动标签并把测距结果传送给定位基站,定位基站再将结果透传到计算中心处理。计算中心利用改进的卡尔曼滤波算法减弱NLOS误差影响,采用加权矫正三点定位算法计算出移动标签位置信息,并存储定位结果于定位服务器。客户端可访问定位服务器查看所需要标签的定位结果。实验结果表明,在特定复杂楼层内,系统定位精度能达到2m,满足室内导航精度需求。本系统实现了定位刷新时间与标签个数的最优化,也具有较好的规模伸缩度以及易部署性。

基于nanoPAN的嵌入式定位系统的设计与实现

针对目前定位技术存在的定位精度不高及定位范围不广的缺陷,设计并实现一种基于nano PAN5375无线射频收发模块和嵌入式ARM设备的二维平面定位系统。系统软件设计由下位机软件和上位机软件组成。下位机用于收集定位数据、计算和单独显示;上位机用于对整个定位过程进行实时监控显示。系统采用SDS-TWR测距算法和三边质心算法对坐标位置进行计算。实际应用表明,该系统的测距精度在±0.2米范围内,测距范围达到1平方公里以上,达到了技术方案的要求。

基于时间测距的矿井人员定位方法研究

研究了4种基于时间测距的矿井人员定位方法:TOA、TWR、SDS-TWR和TDOA定位方法,它们受巷道环境等影响小,适用于煤矿井下人员精确定位。TOA定位方法要求发射设备和接收设备的时间必须严格准确同步,对发射设备和接收设备时钟精度要求非常高,并且要同步校准,定位卡和定位分站成本高。TWR定位方法不要求信号发射设备与接收设备时钟严格同步,降低了系统复杂度和成本,但定位精度受定位分站和定位卡的时钟误差影响,定位卡和定位分站成本较高。SDS-TWR定位方法不要求信号发射设备与接收设备时钟严格同步,降低了分站和定位卡的时钟误差对定位精度的影响,但定位精度仍受定位分站和定位卡的时钟误差影响,定位卡和定位分站成本较高。TDOA定位方法要求定位分站之间的时间必须严格准确同步,对定位分站时钟精度要求高,并且要同步校准,定位卡成本低,定位分站成本高。

基于UWB的矿井人员精准定位技术

提出了一种基于UWB技术的矿井人员精准定位系统的设计与实现方案。分析了SDSTWR测距算法原理,结合矿井巷道一维线性空间特征,采用单个读卡器实现精准定位和方向判别,并且采用时分复用技术解决无线信号碰撞问题,保证了定位成功率,提高了定位精度。试验结果表明:该系统定位精度达到了0.3 m以内,有效覆盖范围达到300 m,满足矿用实际需求。

基于UWB技术的煤矿井下无线定位系统

设计了井下无线定位系统的总体结构,给出了定位基站的硬件设计,选择采用UWB通信技术实现定位基站之间以及基站与定位标签之间的无线通讯。定位算法应用SDS-TWR测距算法实现井下定位标签位置信息的实时采集,保证定位的精确性。基于IEEE 802.15.4通信标准,无线传输系统采用点对点拓扑的簇树结构,实现定位数据的安全、稳定地上传。

基于CSS技术实时定位系统设计

本文详细论述了Chirp扩频和SDS-TWR测距原理,并应用CSS数据传输模块,采用基于Chirp扩频技术的对称双边多向TOA测距定位方案,设计嵌入式无线定位终端,实现了室内尤其是中远距离的精确测距和定位。

煤矿井下人员二维精确定位方法

目前煤矿井下人员定位系统不能二维精确定位。为满足煤矿事故应急救援和机电运输事故防治对煤矿井下人员二维精确定位的需求,提出了煤矿井下人员二维精确定位方法:在井下巷道中,间隔一定距离安装定位分站,定位分站沿巷道一侧布置,并保证定位卡可与两个邻近分站同时进行通信。任意定位卡的相邻两定位分站采用TWR或SDS-TWR测距方法,分别测得两定位分站与定位卡之间的距离。因两定位分站之间距离在定位分站安装时已知,则根据定位卡与两定位分站之间的距离和两定位分站之间的距离,计算出定位卡距定位分站巷道水平径向距离、定位卡距两定位分站巷道轴向距离,再根据两定位分站位置,计算出定位卡在巷道中二维位置。煤矿井下人员二维精确定位方法具有计算量小,定位速度快、定位精度高、定位分站用量少、定位卡和定位分站成本低等优点。

基于UWB技术的隧道无线定位方法研究

针对目前常用的隧道下人员定位技术存在传输距离短、抗多径效应差和定位精度低等问题,设计一种基于脉冲超宽带技术(Impulse Radio-Ultra Wideband,IR-UWB)的地铁隧道人员定位系统。该系统根据隧道复杂的环境特点,采用双向双边测距方法(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging,SDS-TWR)计算人员位置信息,在此基础上提出一种基于TOA(Time of Arrival)的自校验三角形定位算法提高定位精度,实测验证有效地满足隧道人员的定位需求。

无线测距技术在煤矿人员定位系统中的应用

介绍了RSSI、TOA、TOF、SDS-TWR等当前主流无线测距技术原理,分析对比了各种测距方法的优劣以及在煤矿精确人员定位定位系统应用的可行性;简要介绍一种基于SDS-TWR测距算法的新型矿井人员定位系统和矿井的实际测试效果;展望了煤矿人员管理(定位)系统应用的发展趋势和方向。

基于nanoPAN5375的矿用无线测距系统研究

煤矿采掘工作面掘进进尺控制、人员定位、机车防撞击都需要精确测距。目前激光测距技术应用很成熟,精度也非常高,但是在煤矿大粉尘及巷道弯曲等复杂环境中实用性不大。为了更方便地精确测距,根据煤矿实际设计并制作了基于nanoPAN5375的本安型矿用无线测距系统。系统由监控分站、测距基站、测距标签及配套电源组成,测距由主机和从机完成,主机将测距结果就地显示,同时以4-20mA信号传送给监控分站供监控系统使用。测距算法采用标定晶振频率漂移系数后的SDS-TWR。测试表明,系统测距平均误差0.39m,能够满足煤矿多数场合的应用。

基于UWB矿井定位系统的测距优化设计

矿井地形复杂,巷道交错。为实时确定矿井工作人员以及设备的位置状态,做好应急求援的基础工作,在原有的矿井巷道UWB定位方案设计基础上对基于SDS-TWR的测距算法进行优化。通过进行测距实验证明与TWR和SDS-TWR的测距算法相比,测距精度提高,在视距条件下定位精度会有明显提升,在实际定位应用中算法具有可行性和实用价值。