[发明专利]一种基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法

权利要求书

1.一种基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据测距基站与UWB移动标签的通信距离，将多个测距基站按照不大于通信距离的尺寸等间距的分布在井下巷道壁的一侧，并保持在同一水平上，每两个相邻的测距基站确定一个区域R_j；

(2)将UWB移动标签配置在井下定位目标上，初始化移动标签，通过移动标签向所有测距基站广播Poll请求帧，移动标签通信范围内的测距基站分别与其建立连接，计算测距基站相对移动标签的距离；

(3)测距基站将距离信息通过Report帧回传给移动标签，移动标签根据获取的距离集选择两个最近的测距基站并判定所在区域；

(4)根据判定区域，移动标签向判定区域内的测距基站发送Poll帧，并时刻检测与区域内测距基站信息交互过程中的异常情况以及测距基站通过Report帧回传的距离信息，判断移动标签所在区域的变化和异常，进行区域校正；

所述步骤(4)中，进行区域校正，具体为：

判定测距基站是否相邻，若测距基站无法判定移动标签所在区域，则返回步骤(2)、(3)进行区域校正；

在定位过程中，移动标签多次向区域内测距基站发送Poll帧时，若测距基站未接收到相应的应答帧Resp，则返回所述步骤(2)、(3)，进行区域校正；

定位过程中，区域内测距基站向移动标签回传距离后，移动标签接收回传帧Report超时，则返回所述步骤(2)、(3)，进行区域校正；

根据区域内测距基站通过Report回传的距离，若判定区域已不是移动标签实际所在区域，需返回步骤(2)、(3)，进行区域校正；

(5)上位机获取到区域内测距基站测得的距离信息，根据测距基站固定坐标，通过定位算法解算出移动标签的坐标，完成一维定位。

2.根据权利要求1所述的基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，计算测距基站相对移动标签的距离采用ADS-TWR测距算法，具体包括以下步骤：

(21)通过UWB移动标签向测距基站发送Poll请求帧，测距基站接收Poll帧，并向移动标签发送应答帧Resp，计算距基站接收Poll帧和发送应答帧的时间间隔t_replyB；

(22)移动标签接收Resp帧，并向移动标签向测距基站发送终止帧Final，计算移动标签发送Poll请求帧与接收Resp帧之间的时间间隔t_roundA，以及接收Resp帧与发送Final帧之间的时间间隔t_replyA；

(23)测距基站接收Final帧，计算测距基站发送应答帧与接收Final帧的时间间隔t_roundB；

(24)通过以下公式计算测距基站相对移动标签的距离：

其中，t_tof为移动标签与测距基站间UWB信号单向传播时间，d为距离值，c为电磁波传播速度值。

3.根据权利要求1所述的基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，判定所在区域，具体包括以下步骤：

(31)建立三元组模型：

RD-＞{I,D,R}

其中，I表示测距基站编号的集合，D表示测距基站回传给同一移动标签的距离集合，R表示划分区域的集合；

(32)将所有移动标签通信范围内的测距基站与移动标签进行信息交互，完成测距，并分别将距离信息通过Report帧发送至移动标签，在移动标签端构成距离集D；

(33)移动标签根据距离集合D与测距基站编号的映射关系，选择最近基站，并根据测距基站与测距基站编号的映射关系判定移动标签所在区域R_j。