[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

说明书

本发明涉及一种基于ADS‑TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法，通过在井下多基站定位中，采用超宽带通信技术，利用非对称双边双向测距算法，引入“区域判定”、“区域校正”机制，降低定位复杂度。本发明并不是在每次定位时都向所有测距基站请求连接，而是首先利用ADS‑TWR算法的高精度测距优势，准确判定移动标签的区域，然后在定位时只与区域内测距基站建立UWB通信，有效解决了移动标签每次定位都需广播Poll请求帧而产生大量无效通信的问题，大幅减少上位机获取一组测距信息的时间。同时，本发明降低节点功耗，为高精度、高实时性定位的实现提供保障。

技术领域

本发明涉及移动无线通信以及位置的服务技术领域，具体涉及一种基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法。

背景技术

随着工业物联网与人工智能技术在煤矿领域的不断发展，煤矿井下人员与设备的位置信息已经成为十分重要的基础信息。目前，多采用RFID、WiFi、ZigBee、蓝牙等无线技术实现矿井巷道下的物体定位，但由于定位精度差等问题，无法满足井下高精度定位的要求。而超宽带(Ultra Wideband,UWB)技术具有时间分辨率高，穿透力强，抗多径衰弱能力和抗干扰能力强等特点，能够有效克服传统井下无线定位技术的缺陷。

UWB定位技术通常是基于TOF(Time of Fligh)传播时间测距算法、TW-TOF(TwoWay TOF)双向测距算法来实现。但是，TOF算法对测距基站与移动标签的时钟同步有严格要求，TW-TOF算法易受节点时钟偏移的影响，导致测距精度都不高，从而影响定位精度。而ADS-TWR(Asymmetric Double Sided Two-Way Ranging)非对称双边双向算法既可消除节点时钟未同步对精度的影响，又能够有效抑制节点时钟偏移引起的误差，因此满足高精度测距要求。

考虑到井下狭长空间中多基站分布情况，移动标签的每一次定位通常都需要向井下所有测距基站广播Poll帧，并与通信范围内的测距基站按ADS-TWR测距原理实现信息交互并测距，而完成井下移动标签一维定位只需要两个基站参与测距即可。所以对于这种定位方式，除了与参与定位的两个基站建立的通信是有效的，其余通信都是无效的，这样既大量消耗节点功率，又大幅增加获取一组距离的时间，严重影响定位的实时性和定位精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法，以解决井下UWB多基站定位中移动标签广播Poll请求帧而产生大量无效通信的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法，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；

(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。

进一步的，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：