基于UWB的室内定位系统研究

针对目前国内室内定位领域的需求,提出一种基于UWB的室内定位系统实现方案,充分利用UWB带宽大、定位精度高的优点,实现室内三维定位和追踪。系统通过TOA方法,测量UWB标签与多个UWB基站之间的距离,位置解析服务器通过串口读取测距信息。采用基于四UWB基站的三维空间定位算法,计算定位目标在室内三维空间的位置,并通过WiFi发送位置至用户手机端。手机端通过OpenGL ES加载三维室内地图,并动态接收从服务器端发送的定位目标位置,从而实现室内三维定位与追踪。系统测试表明,基于上述方案的室内定位系统具有较高的精度和实用性。     

基于UWB的工作面进尺采集系统

为实现工作面进尺监测,采用超宽带（Ultra Wide Band,UWB）技术和双边双向测距方法,以UWB定位基站为核心,在工作面端头支架安装定位标签进行信息采集,数据通过以太网上传至上位机进行坐标解算,自动采集工作面进尺数据,为矿压监测提供位置信息。应用结果表明,该系统运行正常,能实时采集工作面进尺信息,对矿压数据进行监测,应用效果良好。     

基于超宽带的移动机器人室内定位系统设计

针对目前移动机器人室内定位方式灵活性差和精度不高的问题,设计了一种基于超宽带(UWB)的高精度移动机器人室内定位系统。系统以UWB射频模块组成无线传感器网络,包括基站(Anchor)和安装在移动机器人顶端的标签(Tag)。采用非对称双边双向测距技术(ADS-TWR)获得标签到各基站之间的距离信息,无需基站与标签、基站与基站之间的时钟同步。距离信息通过Wi Fi由基站传输到上位机,利用卡尔曼滤波算法对距离信息进行优化后进行定位。测试结果表明,该系统具有布设简单、高精度、高实时性的特点,定点定位误差在13 cm以内,动态点定位误差小于20 cm。     

基于UWB与IMU的多传感器融合室内定位技术研究

随着室内定位需求的不断提高,室内定位精度的提高成为目前研究的热点,单一传感器定位技术在复杂的室内环境中定位误差较大、精度较低。针对上述问题提出了一种基于UWB和IMU融合的室内定位方法。该方法首先利用卡尔曼滤波算法对UWB定位技术的伪距信息进行非视距误差的处理,利用最小二乘法解算出位置信息,进而与IMU定位系统解算出来的位置进行松耦合,将UWB定位信息作为量测方程,IMU定位信息作为系统方程最终得到松耦合之后的定位结果。通过仿真实验表明,上述方法可以有效地抑制UWB非视距误差和IMU累积误差对定位精度的影响,提高室内定位的精度。     

基站异常情况下基于改进极限学习机的超宽带室内定位方法

在超宽带(UWB)室内定位系统中,定位基站极易受到干扰,从而影响定位系统的准确性、稳定性和可靠性,干扰较强时,会造成基站数据异常波动,无法完成准确定位。为解决UWB室内定位系统基站异常情况的定位问题,本文提出了一种基于粒子群优化的极限学习机(PSO-ELM)定位模型,实现在定位基站发生异常情况下的高精度定位。该定位模型利用双边测 距(TW-TOF)采集标签和基站的距离,运用极限学习机(ELM)建立室内定位解算模型?引入粒子群算法(PSO)优化极限学习机的隐含层权值和阈值参数,以克服ELM算法存在的缺点。实验结果表明:在基站正常情况下,PSO-ELM定位模型平均定位精度可达0.03m。相比于传统TOA定位算法,精度了提高73%,同时在基站异常情况下,平均定位精度可达0.04m,有效解决了当定位系统基站发生异常情况时无法完成正常定位的问题     

基于5G和UWB融合基站的井下系统应用分析

针对井下作业的安全保障问题,提出来一种基于5G+UWB融合基站的井下定位优化方法。通过结合基于Taylor加权最小二分法与卡尔曼滤波算法,优化基于TOA的井下定位方式,并通过5G+UWB融合基站的无线网络通信定位,实现井下定位系统的优化设计。仿真实验证明,引入卡尔曼滤波的定位算法得到的定位坐标,相较于没有没有引入卡尔曼滤波算法得到的定位坐标,与真实位置的距离更近,仿真定位误差和均方根误差相较于没有引入卡尔曼滤波的定位算法分别下降了23.55和6.44,下降幅度明显。最终,基于5G+UWB融合基站的井下定位优化系统,在真实的井下挖掘环境中,测试的总体定位误差为0.794,定位精度在1 m之内,符合井下工作对人员定位技术的工程要求。     

一种采煤机组合定位系统及实验研究

综采工作面采煤机定位定姿技术,是液压支架跟机自动化和采煤机记忆截割的基础。采用捷联惯导监测采煤机姿态、速度及位置等运动参量,结合无线锚节点与移动节点间几何位置与局域信号对偶映射,建立了捷联惯导与无线传感器网络耦合模型,采用C＃＋MATLAB＋SQL交互式软件构建了采煤机组合定位系统,在采煤机、液压支架和刮板输送机“三机”平台上进行采煤机定位定姿性能研究。实验结果表明：捷联惯导能够有效地对采煤机姿态角度进行监测,但是长航时下采煤机位置存在累计误差,通过无线传感器网络位置对捷联惯导的位置进行周期性校正,组合定位系统下采煤机X和Y轴平均定位误差为0.118 m和0.268 m,能够得到采煤机实时可靠的位置和姿态。     

基于UWB-PDOA的少基站自适应定位系统研究

超宽带(Ultra-Wideband,UWB)技术在室内外定位中应用广泛,针对传统多基站定位方案的局限性,提出了一种基于超宽带信号到达相位差(Ultra-Wideband Phase Difference of Arrival,UWB-PDOA)的少基站自适应定位系统。该系统利用UWB-PDOA技术和基于ESP32信号强度的权重自适应定位技术,大幅降低了对环境部署的依赖性,提高了定位的精度和稳定性。结合环境先验信息和目标高度的先验知识,构建了先验知识库,采用自适应定位技术,利用多个传感器的信息来调整对不同定位基站的置信度权重,进一步提高了定位精度和鲁棒性。实验结果表明,所提出的系统在视距(Line of Sight,LOS)和非视距(Non Line of Sight,NLOS)环境下都具有较高的定位精度和稳定性,并且仅需要不超过3个基站便可以满足室内环境定位的需求。     

基于UWB的采煤机定位精度提升算法研究

针对在矿井中采用UWB定位系统获取采煤机位置坐标时精度较低等问题,提出了一种基于UWB的采煤机定位精度提升算法,该算法利用信息过滤算法处理多种信号值的能力对UWB定位结果进行过滤,利用神经网络算法评估优化的能力对采煤机位于刮板输送机机头位置某个时间段内的数据信息进行评估,实现对采煤机的精确定位。实验结果表明,对定位结果进行过滤处理后,三维精度可达7cm左右,经神经网络算法处理后,定位精度可提升至2~3cm。     

路测数据驱动的移动终端定位方法

针对当前无线定位技术无法适应复杂环境、定位精度较低的问题,提出了一种路测数据驱动的移动终端定位方法。首先,基于基站位置定位、基站信号覆盖范围描绘算法建立基站位置-范围模型库,将移动终端初始参数与模型库匹配得出其初始范围;其次,基于道路特征提取算法建立道路分类数据库,利用无线信号特征匹配算法匹配移动终端所在道路信息;最后,建立经纬度-强度映射模型库,运用终端信号比对算法确定移动终端的精确位置。理论分析和实验结果表明,基站定位精度在2 m内的概率为60%,3 m内的概率为77%,相对数据白化之前分别提高了39%、12%左右,基站信号覆盖范围描绘算法也能较准确地描绘基站信号覆盖范围,二者精度的改善能提高最终定位精度。     

基于UWB的地铁隧道定位系统设计

超宽带技术因其具有定位精度高、抗多径干扰能力强、传输速率高等优势,成为了当前主流的室内定位技术。由于地铁隧道中环境恶劣,为了保证施工人员的安全,实现对地铁隧道中施工人员的实时定位,设计了基于UWB技术的地铁隧道定位系统。该系统采用对称双向双边测距(SDS-TWR,Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging)算法以有效抑制移动标签和定位基站之间由于晶振漂移导致的测距误差,同时在基于到达时间(TOA,Time of Arrival)的定位方法上采用粒子群算法提高定位精度。实验结果表明基于UWB的地铁隧道定位系统在地铁隧道中能稳定工作且定位精度得到有效的提高,该系统具有功耗低、实现简单、定位精度高的特点,能够满足地铁隧道当中对于人员实时精确定位的需求。     

基于UWB室内定位系统应用与研究

通过分析当前常用室内定位技术和实施优缺点,引入UWB(Ultra Wide Band,超宽带)定位模块,分析了UWB室内定位系统的原理以及设备上的实现方案,从定位精度和定位动态性能两方面进行关键性技术研究,改进了基于单一方法的定位技术。针对定位精度问题,根据人体下肢运动过程中的对称性特点改进现有的行人航迹推算算法。针对定位动态性能问题,引入惯性导航定位模块,将改进的PDR算法与UWB定位方法进行融合,通过实验测量说明,使用TOA跟踪算法响应速度较快,设计的UWB室内定位系统具有小于5cm的室内定位精度,重复精度小于1cm。     

基于LoRaWAN的液压支架状态监测系统

针对现有液压支架状态监测系统通信不稳定、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于LoRaWAN的液压支架状态监测系统。传感器节点采用速率自适应技术周期性上传数据,出现异常状态时可主动上传数据,并采用顺序轮询方式降低传输误差率;网关通过独立的上下行信道同时传输上下行指令,降低了上下行指令碰撞概率,提高了数据转发效率。为保证综采工作面信号覆盖,在巷道转角处安装网关,通过一次跳传将综采工作面LoRa无线信号转发至应用平台。实验结果表明,该系统可有效覆盖整个综采工作面,实现了液压支架状态信息监测,通信距离为150m时,数据传输丢包率为0,单个传感器节点数据传输时间约为0.29s,系统采集周期在200s内,满足应用需求。     

DGPS与UWB混合精确无缝定位技术研究

差分全球定位系统(DGPS)是一种精确的定位系统,但在室内或有障碍物的情况下,其定位精度很低甚至不能进行定位。超宽带(UWB)定位系统在室内有很高的定位精度,但受其测量范围的影响,不适合室外定位。将DGPS和UWB结合定位,利用Kalman滤波器对UWB非视距误差(NLOS)进行消除,采用粒子滤波器对不同传感器进行数据融合,并使用GPRS通信模块进行无线数据传输。实验表明:该方法能够使系统整体定位精度提高19%,既能满足室内外无缝定位,又具有很高的定位精度。     

煤矿井下精确定位系统研究

针对现有基于RFID,ZigBee,WiFi等技术的煤矿井下人员定位系统定位精度较低的问题,提出了融合可见光通信和惯性导航系统的煤矿井下精确定位系统。该系统以煤矿井下LED照明灯作为LED可见光定位基站,利用智能信息矿灯内置CMOS摄像头接收可见光信号进行定位,利用智能信息矿灯内置加速度传感器和陀螺仪数据进行时间积分得到井下人员运动轨迹和方向,并通过智能信息矿灯识别LED可见光定位基站的ID编码信息重新定位来修正惯性导航数据,从而实现精确定位。在煤矿井下布置8个LED可见光定位基站,通过5台智能信息矿灯以正常速度移动来测试系统定位精度,结果表明系统定位误差小于1m,满足煤矿井下人员定位精度要求。     

基于UWB和IMU的煤矿机器人紧组合定位方法研究

针对煤矿井下环境复杂,现有煤矿机器人定位方法受非视距误差等因素影响导致定位精度低、实时性不高等问题,提出了一种基于UWB(超宽带)和IMU(惯性测量单元)的煤矿机器人紧组合定位方法。首先利用UWB模块测量煤矿机器人与UWB基站之间的距离,使用煤矿机器人与UWB基站之间的距离真实值和实测值训练最小二乘支持向量机(LSSVM)模型,得到LSSVM修正模型;然后将煤矿机器人定位过程中UWB模块测得的实测值作为LSSVM修正模型的输入,通过LSSVM修正模型对UWB实测值进行修正,减小非视距误差对定位精度的影响,得到较为准确的距离信息;最后将经过LSSVM修正模型修正后的测距信息作为误差状态卡尔曼滤波(ESKF)的量测输入,与惯性导航解算出的位置信息构成量测方程,使用ESKF对UWB测距修正值与惯性导航解算的距离信息紧组合,完成状态更新,得到更为精确的位置信息,实现煤矿机器人的精确定位。UWB基站不同布置方案下的模拟实验结果表明：使用LSSVM修正模型可使UWB测距信息更为准确,进而提高定位精度。静态定位实验时,当4个UWB基站等高对称布置时,定位的均方根误差由0.146 4 m减小到0.13...     

基于UWB的综采工作面推进度测量系统

针对目前综采工作面推进度的测量和计算方式存在费时费力、累计误差大、传感器损坏后无法重新计算等问题,提出了一种基于UWB测距技术的综采工作面推进度实时测量系统。该系统采用矿用本安型测距分站与测距标志卡组合的方式,通过无线通信实现对综采工作面巷道推进度的实时测量。在综采工作面端头液压支架布置测距分站,在回采巷道固定标志点悬挂测距标志卡,通过巷道内UWB无线信号测距,当即将开采到最近的测距标志卡位置时,撤掉该处测距标志卡,后续测距标志卡接替进行巷道推进度的测量与计算,依此循环往复,不断进行更替测量。结合采煤工艺,建立了依据采煤机位置和液压支架动作的限幅中值平均滤波模型,该模型将限幅滤波、中值滤波、算术平均滤波深度融合,以剔除海量数据中由于受到测量、遮挡等影响而造成的测量偏差较大的无效数据,同时消除有效数据中的最大和最小偏差数据,进一步保证了通过算术平均运算得到的测量值的准确性和有效性,实现了综采工作面推进度的连续测量。地面测试结果表明,测距分站1的最大误差为0.32 m,误差小于0.2 m的占比为84.62%;测距分站2的最大误差为0.48 m,误差小于0.2 m的占比为76.92%。井下工...     

基于LabVIEW的超宽带仿真与实验系统

针对智慧城市建设对室内定位技术的需求,研究了基于传播时间的定位方法。基于LabVIEW与MATLAB开发平台,设计了超宽带(UWB)仿真与实验系统。系统可以仿真测量数据并实时显示仿真曲线和不同滤波算法处理结果;同时,可以处理实际测量数据,计算实际位置及定位误差。利用该系统对不同的基站部署进行了分析,实验结果表明:在该室内环境下,基站部署对定位精度有较大影响,合理的布置基站位置有利于减少定位误差。     

煤矿智能化与矿用5G和网络硬切片技术

为减少煤矿井下采掘工作面作业人员,提出了采掘工作面无人5G地面远程控制方法:在采掘工作面设置工业摄像机和传感器,将视频、音频和传感器信号通过5G网络传输至地面,地面操作人员远程操作设备,将控制命令通过5G网络传输至采掘工作面,控制采掘设备动作。提出了用于综采工作面无人地面远程控制的无线传输距离和传输带宽计算方法。综采工作面两端头的基站之间无线传输距离应不小于综采工作面长度的1/2。综采工作面无人地面远程控制所需上行传输总带宽与综采工作面长度成正比,与液压支架中心距成反比,与支架和摄像机数量比成反比,与单台摄像机视频压缩后所需传输带宽成正比。为减少综采工作面无人地面远程控制对上行传输带宽的需求,可以只传输邻近采煤机的摄像机视频。综采工作面无人地面远程控制所需上行传输最小带宽与邻近采煤机的摄像机数量成正比,与单台摄像机视频压缩后所需传输带宽成正比。提出了综采工作面无人地面远程控制系统无线传输距离测试方法,用于综采工作面无人地面远程控制的5G等无线传输系统,在保证传输带宽、时延和可靠性的前提下,对无线传输距离进行测试,基站上行无线传输带宽不得小于20Mbit/s,同时无线传输距离不小于150m。提出了基于网络硬切片的全矿井一体化信息传输网,通过网络硬切片,给煤矿安全监控、矿井监控、人员及车辆和设备定位、视频监视、语音通信、5G通信等分配不同的信道,既保证了煤矿安全监控和矿井监控等高可靠、低时延的要求,也统一了煤矿井下信息传输网络,将煤矿安全监控网、矿用工业以太网和矿用5G通信网等多网合一。     

无线局域网定位技术研究

介绍了基于无线局域网的室内定位系统,并结合三种不同的定位系统,分析了各种不同的定位技术,以及它们在提高系统定位精度方面的作用。结果表明,概率模型等技术能显著提高系统的定位精度。最后对无线局域网定位技术今后的研究方向进行了展望。