[发明专利]应用于矿井的基于UWB与ZigBee的定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种应用于矿井的基于UWB与ZigBee的定位方法包括：构建ZigBee无线自组网；定位基站在其无线信号覆盖范围内测量与其他定位基站之间的距离；定位终端在无线信号覆盖范围内测量与多个定位基站之间的距离；将距离等测距结果上传至服务器，服务器计算测距结果得到定位终端的准确位置。一种应用于矿井的基于UWB与ZigBee的定位系统，包括定位终端、定位基站以及服务器，定位终端与定位基站通过UWB和ZigBee无线相连，选择一个定位基站与服务器通过以太网相连，用于将距离数据上传至服务器；本发明能够实现矿井巷道的精确定位，技术简单、设备安装便捷、组网灵活、扩展性强、适用性广。

技术领域

本发明涉及定位领域，具体涉及一种应用于矿井的基于UWB与ZigBee的定位方法及系统。

背景技术

矿井井下人员定位常用的定位方法有：射频识别技术(RFID)、接受信号强度指示(RSSI)，测量到达时间(TOA)，测量到达时间差(TDOA)等方法。

目前矿井实际使用以基于射频识别技术(RFID)的定位系统数量最大，使用RFID具有以下问题：定位精度受读写器分布密度限制，只能实现区域定位,不能做到误差为几米的精确定位；同时，受RFID读写速度限制，不能处理多人同时快速通过读卡系统的情况，易出现漏读。信号强度指示(RSSI)方法是ZigBee和WiFi网络采用的主要定位方法，它根据无线信号的传输损耗模型计算定位终端与定位基站之间的距离；定位基站接收到的信号强度随距离发射机的位置变化而变化，即定位基站距离定位终端距离越近，接收到的信号强度越强，反之，定位基站距定位终端越远，接收到的信号强度越弱，RSSI定位方法便是利用这一特性，将测得的信号强度转换为距离预估值，然后将距离预估值与信号强度地图进行比对分析，再经过滤波确定最终定位结果，RSSI方法简单易实施；但无线信号的传输损耗模型受环境影响巨大，所以一般RSSI定位系统往往必须依靠增加定位基站的密度和通过全局优化算法来控制单方向上的定位误差，但井下环境多为隧道组成的线状环境，无法得到平面上其它方向的场强数据，所以当巷道中存在如较大金属遮挡物等其它影响无线信号传输的因素时，定位误差较大。到达时间定位(TOA)需要定位终端与定位基站、定位基站与定位基站之间严格时钟同步，系统时钟同步困难，晶振稳定性要求高，系统复杂，成本高。到达时间差定位(TDOA)不需定位终端与定位基站时钟同步，但需定位基站与定位基站之间严格时钟同步，系统时钟同步困难，晶振稳定性要求高，成本较高。

“UWB组网定位的系统及方法”公开了一种UWB组网定位的系统及方法。系统包括：一个或多个标签，其位于待定位的设备上，并间隔第一周期向外广播UWB信号；多个UWB基站，其固定在预定位置上，所述多个UWB基站分别基于一个或多个标签广播的UWB信号，获得每个UWB基站与一个或多个标签之间的距离；以及服务器，其分别连接到所述多个UWB基站，所述服务器基于所述多个UWB基站与一个或多个标签之间的距离，对所述多个标签进行定位。但是，该方案中的UWB基站需要设定一个ID号，没有彻底解决UWB无线信号冲突问题，没有阐明UWB定位数据传输技术，而且系统灵活性较差、维护复杂、适用性较弱。

“一种UWB高精度定位系统及定位方法”公开了一种UWB高精度定位系统及定位方法。该定位系统包括至少1个UWB定位信号发送器组以及用于对UWB定位信号发送器组进行同步控制的至少1个中心控制器，1个UWB定位信号发送器组包括N个UWB定位信号发送器，其中，N为等于或大于3的整数，任意两个UWB定位信号发送器之间以及任意一个UWB定位信号发送器与中心控制器之间实现无线通信；还包括至少1个定位终端，定位终端用于接收各个UWB定位信号发送器发出的UWB定位信号，定位终端与中心控制器之间实现无线通信。但是，该方案仅仅提出了一种单区域内的精确定位系统及定位方法，不能满足矿井巷道及施工隧道等狭长空间内精确定位要求。

因此，为解决以上问题，需要一种应用于矿井的基于UWB与ZigBee的定位方法及系统，能够实现矿井巷道的精确定位，技术简单、设备安装便捷、组网灵活、扩展性强、适用性广。

发明内容