基于UWB的增强非对称双边双向测距算法研究

本文对IEEE 802.15.4协议下室内环境中超宽带信号的精确测距能力进行了研究。针对传统算法无法满足实际应用场景中低功耗、高实时性和高精度的测距定位系统需求的缺点和不足,提出了一种增强非对称双边双向测距优化算法,通过数学分析从理论上证明了该算法的有效性,同时对由于时频漂移和频率漂移引起的测距误差进行了研究分析。最后使用超宽带模块进行了基于改进算法的测距实验,对实验数据进行分析发现通过数据拟合标定算法可以进一步改善测距精度,实验结果表明系统整体测距精度提高了88%。

基于超宽带非对称双边双程测距的矿山井下定位跟踪算法研究

在地下矿山建立稳定、有效、高精度的人员定位系统和算法,对矿井事故灾害的灾时指导逃生和灾后救援等方面起着至关重要的作用。基于超宽带定位测距系统,进行了室内非对称双边双程测距试验,利用粒子群算法、Taylor级数迭代等智能算法完成对目标的定位,以期获得更精确的定位解析,相较于传统的Wi-Fi通信系统及射频识别人员定位管理方法,能够在保证实时性的同时,有效、准确地提供遇险人员的位置及周边地形状况,达到了厘米级定位精度,实现了井下精确定位,为井下救援工作提供技术支持。

基于区域判定的超宽带井下高精度定位

为满足煤矿井下对高精度定位日益增长的需求,应用高精度无线收发芯片DW1000,设计实现了一套基于超宽带(UWB)通信的井下定位基站与标签。为提高基站和标签之间的测距精度,采用非对称双边双向测距(ADSTWR)算法,抑制节点时钟偏移引起的测距误差;针对井下多基站定位中,标签的每一次定位都需广播请求帧而产生大量无效通信的问题,提出一种基于ADS-TWR的标签区域判定策略,使得标签只与所在区域基站通信便可完成定位,并引入标签的区域异常自检和区域校正机制,保证系统的高效稳定运行;在标签坐标解析阶段,采用三角形质心算法,在高精度测距基础上进一步提高定位精度,减少定位处理时间。实验结果表明:标签的定位精度在15 cm以内,满足井下高精度定位要求。

煤矿井下UWB人员定位系统研究

针对煤矿井下复杂环境中非视距(NLOS)干扰影响无线信号传输问题,设计了一种煤矿井下超宽带(UWB)人员定位系统。该系统采用带有回传帧机制的非对称双边双向测距算法进行测距,无需时钟同步,保证了测距精度;采用区域判定策略和区域校正策略划分定位区域,使得标签只与自身所在定位区域内基站通信实现定位,避免了定位过程中的大量无效帧问题,提高了定位效率;采用加权最小二乘法与无损卡尔曼滤波联合定位算法解算标签位置坐标,提高了定位精度;在基站中配置了备用电源,保证在断电情况下的应急供电;采用以太网与LoRa 2种通信方式,在以太网断线情况下以LoRa方式传输测距数据,保证了系统应急通信。测试结果表明:该系统具有较高的动静态定位精度,抗NLOS干扰能力较强;在基站断电或以太网断线情况下,系统能够实现一段时间内的应急通信。

一种基于UWB定位技术的隧道智能交通系统

超宽带(UWB)技术因其定位精度高、通信速率高、多径分别率强等优点,广泛应用于各类定位系统中。设计一种基于UWB定位技术的隧道智能交通系统,该系统包含车辆定位系统和智能交通系统。其中车辆定位系统是采用基于TOF的UWB对称双边双向测距原理提高精度,对车辆进行定位。隧道智能交通系统根据隧道车辆定位信息和红绿灯控制算法,控制隧道内交通运输。测试试验表明该基于UWB定位技术的隧道智能交通系统通讯稳定、收发数据时间短,满足现实使用需求,对提高隧道交通运输效率有重要意义。