基于UWB和RFID的装配式建筑堆场管理系统研究

针对装配式混凝土建筑构件种类繁杂、尺寸较大的特点,在大规模堆场中采用人工或二维码难以有效识别和定位构件,文章基于UWB(超宽带)和RFID(射频识别)技术构建了分为四个层级的堆场管理系统,进而将功能模块划分为识别模块、定位模块、监控模块、数据模块和应用模块,实现对堆场构件的快速识别、精准定位和实时监测,可有效提高堆场利用率、管理效率和质量安全保障程度,促进智能建造技术在装配式建筑实施过程中的应用。

基于STM32和UWB通信的智能搬运小车设计

针对复杂搬运场景固定导引式的智能小车运行的局限性,提出以自由路径导引式进行设计更好的满足搬运需求。利用UWB空间定位技术实现高精度目标跟随,以STM32F103VET6为主控模块,通过各种传感器模块获取信息控制左右电机,以差速驱动的方式控制小车向目标位置移动。通车安装在车身和目标体上的UWB标签模块获取的空间信息,利用定位算法能精确地获取小车相对于目标的空间位置,系统中的超声波传感器、RFID标签传感器、磁条传感器和防撞条等获取多种信息,保障小车能以自由路径导引模式向目标移动。经过测试智能小车在手动模式、跟随模式和循迹模式下,无论空载或负中都能在低中高速下保持良好运行状态,能适应多种复杂场景作业,对于工业自动化具有重要的意义。

基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统

针对煤矿井下人员定位系统在实际应用中存在因设备算力与存储资源不足导致无法使用复杂测距与定位算法,定位数据即时传输与响应性能不足,在系统部署方面人力物力损耗较大等问题,提出了一种基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统。在末端部署能耗低、抗干扰性强的UWB定位基站,定位基站与5G基站以级联的方式连接,定位基站采集UWB与惯导数据,利用5G网络回传至计算平台,在计算平台上完成定位信息的解算和存储。将基于惯导的人员位置估计作为预测值,将基于UWB的三边定位算法获取的人员位置估计作为观测值,利用卡尔曼滤波器将预测值和观测值进行融合,降低定位误差。在煤矿主体实验基地搭建测试系统,模拟真实煤矿井下环境并进行对比实验。结果表明:(1)在x轴和y轴,融合惯导的卡尔曼滤波算法得出的位置信息和真实位置信息的重合度最高,说明融合惯导的卡尔曼滤波算法得出的位置信息最接近真实位置,平均误差为22.192 cm。(2)5G+UWB和惯导技术组合的井下人员定位系统的位置信息和真实位置信息的重合度最高,误差为[15 cm,20 cm],x轴最大平均误差为26 cm,y轴最大平均误差为24 cm,超过目前大多数井下人员定位系统精度。

UWB无线传输安全可靠性保障技术

超宽频UWB(UltraWideBand)无线传输安全可靠性技术是UWB通信系统中的关键技术,本文在简要描述UWB通信系统设计的基础上,通过分析现有UWB通信协议机制在安全可靠性方面存在的不足,基于DW1000射频芯片信道采样电路支持,实现信道质量评估自适应机制、基于帧过滤的接入机制、基于ACK应答的重传机制的高可靠传输机制,提出基于轻量级AES-128动态加密算法,提升UWB传输的安全性和运算效率。在现实验条件下,实验结果与原方法相比,丢包数与误码数下降为0,对大小为10KB的明文加解密过程耗时平均减少13.5ms且能保证密文信息熵和原方法接近。因此,本文所提UWB安全可靠性保障技术相比较现有UWB无线通信机制在系统各项性能有明显提升。

基于UWB技术的标识卡搜索仪技术研究

针对目前煤矿井下人员精确定位系统的读卡分站或者读卡器是固定安装,信号覆盖存在盲区的问题,提出了一种基于UWB无线精确定位技术与智能终端技术相结合的多功能定位标识卡搜索仪设计方案。该方案利用智能终端无线通信控制技术与UWB无线定位技术、本安锂电池管理技术相结合,实现了在煤矿井下可以对所有的标识卡进行远距离搜索,弥补了煤矿井下标识卡识别存在盲区的问题,为煤矿企业安全生产和监管部门实施监督,以及矿难发生后的人员搜救提供了有效手段,提高了煤矿智能化建设的水平。

基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位方法

由于传统方法在煤矿井下人员定位中应用效果不佳,不仅定位结果相对误差比较大,而且定位失败人员数量较多,无法达到预期的定位效果,为此提出基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位方法。搭建无线传感网络场景,利用无线传感网络采集井下人员位置信号,利用自适应算法对信号自适应滤波处理,利用离散快速傅里叶变换对无线传感网络信号矩阵的各个维度做波束形成,对矩阵的各个维度传感信号进行加权合并,增强各个维度上目标信号的强度,利用UWB技术对信号传输,根据增强后的目标信号传输信息确定井下人员位置,以此实现基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位。经实验证明,设计方法定位相对误差低于10 cm,定位失败人员数量与总人数比例为3%,设计方法在煤矿井下采掘人员定位方面具有良好的应用前景。

基于UWB定位技术的煤矿机械装备防碰撞系统研究

随着煤矿机械装备的广泛应用,机械装备的防碰撞已经成为煤炭行业重要的研究课题。文章主要研究了基于超宽带(Ultra Wide Band,UWB)定位技术的煤矿机械装备防碰撞系统,通过开发定位算法、防碰撞算法、数据处理与分析等功能模块,实现系统的实时监控与报警功能。实验表明,该系统能够有效避免机械装备之间发生碰撞,进而提升煤矿生产的安全性。

面向钻孔救援的UWB雷达探测技术研究进展

钻孔救援技术在我国已有多起成功救援的案例,但目前用于钻孔救援的探测设备不能满足穿透探测需求,无法利用终孔打偏或造成坍塌的钻孔。UWB雷达具有穿透能力强、抗干扰能力强等诸多特性,可很好地适应灾后矿井环境,实现对障碍物后方的穿透探测。为此,通过文献调研,从UWB雷达定位技术和UWB雷达成像技术两方面总结梳理了基于钻孔救援的UWB雷达探测技术的研究进展。总结出当前UWB雷达定位技术和成像技术在探测方式与装备、探测技术与理论以及回波信息处理技术与算法三方面存在的主要缺陷。针对性地提出了未来研究工作的重点:①研发基于钻孔救援的UWB雷达标识卡定位技术与装备;②结合距离选通技术、改进信息处理程序及CT领域算法研发、优化数据处理技术与算法;③通过雷达阵列分布、ICA算法、改进随机共振算法及融合主流技术构建生命信息识别系统。

基于UWB的智能巡检机器人定位系统研究

因城市地下管线综合管廊内环境恶劣,巡检距离长,固定式监测设备无法实现全覆盖监控,需要用智能巡检机器人代替传统管廊巡检方式,但是智能巡检机器人能够稳定、有序地运行,关键问题是实现智能巡检机器人的精准定位,即获得巡检机器人在管廊内的精确坐标。目前智能巡检机器人所采用的射频、WiFi、惯性里程计等定位技术易受管廊内环境干扰、累计误差干扰等,定位精度为5~50 m,难以满足管廊智能巡检机器人定位系统1 m以内的定位精度要求。为此,提出一种基于UWB的智能巡检机器人定位系统。采用分析UWB信号在管廊内的传输特性、构建巡检机器人在管廊内的运动模型、通过MATLAB建立巡检机器人定位跟踪仿真实验的手段,设计一种基于UWB管廊修正S-V信道模型的巡检机器人LS-PSO定位算法、一种基于巡检机器人运动模型的EKF跟踪算法,建立了巡检机器人LS-PSO/EKF融合定位跟踪模型。通过与KF算法进行MATLAB定位跟踪仿真对比验证,提出的巡检机器人LS-PSO/EKF融合定位跟踪模型在管廊复杂环境下能够有效去除管廊噪声干扰,定位精度相比KF算法明显提升。

基于UWB技术的矿山人员定位系统

在煤矿开采过程中,通过应用井下人员定位系统,可以有效提高矿井的安全性。基于此,首先阐述了超宽带UWB技术(无载波通信技术)及人员定位的基本原理,然后对定位系统框架进行了分析,该系统主要由井下、地面两部分构成,前者负责采集人员标签信息,后者借助内置算法对标签坐标进行计算;其次,对人员标签和定位基站的硬件结构及设置进行了研究,两者硬件结构接近,主控芯片与无线信号收发芯片分别为STM 32、DW 1000;最后,对该系统的运行效果进行了试验,结果显示人员的定位误差小于1 m,有利于提高井下人员作业的安全性。

基于UWB技术的煤矿无轨胶轮车定位系统设计及应用

煤矿无轨胶轮车精确定位是实现车辆调度的重要基础。基于UWB超宽带定位技术设计了无轨胶轮车定位系统,并将其应用到工程实践中。首先对UWB超宽带定位技术进行概述,介绍了定位的基本原理。对定位系统整体方案及系统主要功能进行设计,系统整体分为井上和井下两大部分,上下部分之间基于光纤环网进行数据传输。对车载终端和读卡器的硬件选型进行设计,以上2个装置使用的控制器均为STM32F407芯片。对定位系统的初始化程序,软件程序主要流程,定位服务程序进行了分析。通过工程应用发现系统具有很高的定位精度,应用系统后煤矿无轨胶轮车工作效率大幅度提升,在应用的1 a时间内没有出现安全事故。

基于UWB技术的变电站三维定位系统设计与实现

变电站三维定位是实现风险管控、人员管理、巡检过程实时显示等功能,助力电力行业安全生产的重要途径。为降低变电站三维定位误差,提出基于UWB技术的变电站三维定位方法。通过设计UWB技术三维定位系统,然后采用LM算法优化的BP神经网络进行变电站三维定位。结果表明,所提的基于UWB技术的变电站三维定位方法,可实现4个UWB基站实现变电站三维定位;相较于传统基于Chan算法的三维定位方法,本方法在定位效果更好,定位均方根误差更低,具有一定的优越性。

基于UWB超宽带技术的气瓶物联网系统设计

利用UWB超宽带技术开发一套可对气瓶进行定位和信息传输的物联网系统,能够对气瓶的位置进行精确定位,并通过集成倾角传感器和4G物联网卡实时传输气瓶全生命周期数据、气瓶实时气压和气瓶实时位置等信息,从而规范气瓶的操作使用,提供气瓶的储运记录,规范气瓶的存放位置,确保气瓶的安全使用,为使用者和供气方提供气体数据,支持整个供销链的快速反应。

基于PSO改进算法的煤矿井下精确UWB技术研究

为提高煤矿井下定位精度,提出一种ADS-TWR测距和APSO改进Taylor级数的井下联合定位方法。采用非对称双边双程(ADS-TWR)作为基础的矿井下人员测距算法,使用改进的卡尔曼滤波算法对其进行改进;以Taylor级数法作为基础的矿井下人员定位算法,并以自适应权重粒子群算法(APSO)对其进行改进。结果表明,与使用传统卡尔曼滤波算法优化的ADS-TWR测距算法相比,基于改进卡尔曼滤波算法的ADS-TWR测距算法误差更小;与传统的Taylor级数定位算法及其他类型的定位算法相比,设计的AP⁃SO-Taylor定位算法稳定性更好,定位精度更高,误差始终稳定在60 cm以下。

基于UWB的隧道内人员定位系统设计研究

为了更好地适应隧道环境与提高定位精度,提出基于粒子群优化的TDOA+TOF融合算法。通过TDOA算法获取所需的信息时间差,可算出定位范围内标签到达基站的距离。TOF算法根据最小二乘法对标签坐标进行解算,粒子群优化算法针对解算坐标进行优化处理得出全局最优解。TDOA+TOF融合定位算法仅需要3次通信即可测得TDOA时间差与TOF距离。系统测试中,对多种算法进行时间性能与定位精度的对比,研究结果表明基于粒子群优化的TDOA+TOF融合定位算法的定位精度可达20 cm以内,定位用时仅为TOF算法的51%。研究成果为复杂环境人员定位领域提供了一种兼顾定位精度与时间性能的定位方法。

基于UWB技术的电动自行车智能安全系统

近年来,我国电动自行车数量的激增成为了一个显著现象。根据2022年末的初步统计数据,我国电动自行车的社会保有量已逼近3.5亿辆,这意味着电动自行车在日常出行中的广泛普及。然而,随着电动自行车队伍的壮大,一系列安全问题也逐步凸显,包括电动自行车之间的碰撞事故、违反交通规则行驶等行为。针对上述问题,文中旨在提出一种基于超宽带(UWB)定位技术的解决方案,以期减少交通事故的发生。

基于UWB技术的多功能定位标识卡设计

针对目前煤矿井下人员精确定位系统的定位标识卡在实际应用中存在着功能单一、防爆等级低、人机交互能力弱等问题,提出了一种基于UWB无线精确定位技术与液晶显示技术、音频处理技术相结合的多功能定位标识卡设计方案。该方案新增了TFT液晶屏显示功能、语音录制和播放功能等,能够与井上监控中心进行双向无线通信;通过STM32L0系列ARM处理器的集中控制,实现了对精确定位标识卡功能的扩展和提高。通过在鑫发煤矿大巷进行应用试验,为井上井下人员的信息交互和紧急事件的预处理提供了保障措施,降低了安全事故时造成的人员伤亡风险。

UWB技术在煤矿精准定位与能效管理中的应用

UWB(Ultra Wide Band,超宽带)技术在煤矿精准定位与能效管理中的应用研究日益深入。介绍了UWB技术的原理及其在煤矿环境下应用的优势,探讨了该技术在人员定位、设备跟踪、辅助运输等方面的具体应用。UWB技术的应用还显著提高了煤矿安全管理水平,优化了生产流程,实现了减人提效。同时,借助UWB技术实现的精准管理,有效降低了能源消耗,促进了节能减排。对UWB技术在煤矿中的实施挑战及解决方法的探讨,为煤矿智能化转型提供了理论依据和实践指导。

基于WSN+UWB的室内人员定位系统设计

随着社会发展,家长对幼儿安全越来越重视,幼儿园环境安全与否直接关系到儿童的健康及生命。为保障园区内幼儿状况及安全,文章提出了一种室内人员定位系统设计,该系统在满足基本定位需求的同时,采用了超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术,具有穿透性强、抗干扰和功耗低等优势,其性能表现已超过蓝牙和Wi-Fi,并以UWB技术作为主要技术依据,将无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术与UWB技术相结合,设计了一款智能化的人员看护及定位系统,测试结果证明了该系统设计可满足园区内人员监测及定位警报的需求。

Ultra-Wideband RoF System and Its Key Technologies

The microwave photonic technology-based Ultra-Wideband (UWB) Radio over Fiber (RoF) system is an important solution to the future low-cost and high-performance ultra-wideband wireless access network.Much research work has been done in this field with abundant results.This article introduces the RoF system that is based on the all-optical vector modulation technology to further enhance signal’s spectrum efficiency;the full-duplex RoF system that is based on the millimeter wave Phase-Shift Keying (PSK) modulation to greatly simplify base station structure and fiber layout;and the RoF system that is based on multi-service mixed transmission to carry the service with both wired signal and several wireless signals.The article also presents an RoF-based high-definition video transmission platform.