一种UWB基站天线延时自动标定方法技术

本发明专利技术涉及一种UWB基站天线延时自动标定方法，属于无线通信和精确定位领域通过UWB手持读卡器辅助UWB读卡器实现现场天线标定。将天线参数匹配好的UWB手持读卡器放置于UWB读卡器待标定天线正下方，与待标定天线越靠近越效果越好，UWB手持读卡器通过TOF测距算法测量出待标定天线与标识卡的真实距离，通过对大量距离数据滤波处理后形成标定距离，将标定距离通过UWB网络传输给UWB读卡器，并启动UWB读卡器天线PID自动标定流程，标定完毕后存储天线标定参数。本发明专利技术具有以下优点：方便快捷，自动化标定，可靠性高。可靠性高。可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种UWB基站天线延时自动标定方法


[0001]本专利技术属于无线通信和精确定位领域，涉及一种UWB基站天线延时自动标定方法。

技术介绍

[0002]煤矿安全“六大系统”中高精度的人员定位系统是工作人员安全生产的有力保障。相对于地面普遍采用的GPS定位技术，煤矿井下采用蓝牙、Zigbee、RFID、UWB等室内定位技术实现人员定位，传统2.4GHz定位技术几乎都采用RSSI判断距离的方法实现定位，煤矿井下空间狭小、路况复杂、粉尘量大，导致RSSI信号极不稳定，定位精度通常只能达到米级，传统人员定位技术已不能满足定位精度越来越高的精确人员定位系统。因此，基于UWB定位技术的精确定位系统在煤矿井下得到大量推广应用。
[0003]煤矿井下根据安装环境选用不同长度的馈线和不同型号的天线，而且UWB读卡器本身出厂也具有差异性，为确保定位精度满足标准需求，现场安装完毕后需进行天线延时参数标定，传统标定方法采用全站仪进行标定距离测量，并手动迭代校准天线参数以满足现场需求，在煤矿井下操作难度较大且极其不方便，需要一种方便快捷的标定方法满足现场需求。
[0004]中国专利CN107390169A公开了一种天线参数校准方法和装置，该方法包括基站通过向目标终端发送测距信号，确定与目标终端之间的多个测量距离值；基于所述多个测量距离值，以及与每个测量距离值对应的所述基站与目标终端之间的实际距离值，拟合表征实际距离值与测量距离值之间关系的第一函数式和第二函数式；基于所述第一函数式和所述第二函数式，确定奇点的测量距离值；基于确定的所述奇点的测量距离值，以及预设的延时参数的初始值，确定天线延时参数的校准值。还公开了相应的天线校准装置。但是，该方法需要进行数据拟合，并根据拟合数据进行标定，不能满足现场快速自动标定的需求。
[0005]中国专利CN107450062A公开了一种天线延时校准的方法，接收第一节点与第二节点间的延时和位置距离；根据所述第一节点与第二节点间的延时计算，得到第一节点与第二节点间的检测距离；根据所述位置距离和所述检测距离计算，得到实际延时；将得到的所述实际延时进行天线延时标定或校准。但是，该方法需要多个设备测量出检测距离，再根据实际位置距离进行天线延时参数标定，现场实施难度较大。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种UWB基站天线延时自动标定方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种UWB基站天线延时自动标定方法，包括以下步骤：
[0009]S1：将UWB手持读卡器放置于待标定天线垂直下方，将标定用UWB标识卡放置于待标定天线前方可视位置固定，在待标定天线上设置UWB读卡器；
[0010]S2：UWB手持读卡器发起入网请求帧，入网到UWB读卡器网络中，UWB读卡器分配通讯时序以供与UWB手持读卡器进行数据通讯；
[0011]S3：UWB手持读卡器通知UWB读卡器跳出测距模式并进入标定模式，此时UWB读卡器处于等待状态，并禁止标定用UWB标识卡入网；
[0012]S4：UWB手持读卡器切换为读卡状态，允许标定用UWB标识卡入网并测距，UWB手持读卡器测量大量距离值后进行滤波处理作为标定距离；
[0013]S5：UWB手持读卡器将标定距离和标定用UWB标识卡卡号一起传输给UWB读卡器，断开与标定用标识卡测距并启动UWB读卡器自动标定；
[0014]S6：UWB读卡器启动自动标定，等待标定用UWB标识卡入网分配时序测距，获得测量距离，并采用PID控制算法进行自动标定；
[0015]S7：当标定距离和测量距离偏差以及测量距离均方差均在预设阈值内时认为标定完成，当超出标定时间还未满足标定完毕条件，则认为标定失败；
[0016]S8：UWB读卡器标定途中保持与UWB手持读卡器通讯，实时回传自动标定状态，标定完毕后控制UWB读卡器切换回测距状态。
[0017]进一步，所述UWB手持读卡器包括主控MCU，与所述主控MCU连接的UWB模块、按键模块、闪存模块、电池模块、充电电路、显示模块、存储模块；所述UWB模块用于UWB 信号的发送与接收，所述按键模块用于功能选择与执行，所述闪存模块用于存储手持UWB 相关配置信息，所述充电电路用于为电池模块进行充电，所述显示模块用于显示相关信息，所述存储模块用于对UWB测距数据进行存储。
[0018]进一步，步骤S2具体包括：
[0019]UWB手持读卡器对UWB读卡器进行标定时处于UWB读卡器网络范围内，UWB手持读卡器工作在UWB标识卡模式，发起入网请求帧(Blink)进行入网，并等待接收入网响应帧(Ranging Init)，UWB读卡器接收到入网请求后分配时序与UWB手持读卡器进行通讯，并将分配的时序以及时钟同步信息通过入网响应帧回传，UWB手持读卡器入网后在规定时序完成与UWB读卡器的TOF测距。
[0020]进一步，步骤S3
‑
S8具体包括：
[0021]UWB手持读卡器测距时发送的测距请求帧(Poll)中附带命令控制字和数据，以实现对 UWB读卡器控制功能，UWB读卡器回复测距响应帧(Resp)附带命令回复控制字以及相应状态；
[0022]UWB手持读卡器协议：请求协议附带工作模式控制字，通知UWB读卡器切换为何种工作模式，模式分为测距模式和标定模式，同时传输供UWB天线标定所使用的距离标定值；
[0023]UWB读卡器协议：读卡器接收标定命令后进入标定状态，并停止与标定用UWB标识卡进行正常测距，接收标定启动命令后进行自动标定，并实时传回标定状态；
[0024]UWB手持读卡器控制UWB读卡器工作模式切换为标定模式并不启动标定流程，此时 UWB读卡器与其它已经入网的UWB标识卡断开连接，并只保留与UWB手持读卡器的连接； UWB手持读卡器在开启UWB标识卡模式与UWB读卡器保持连接的同时再开启UWB读卡器模式，允许指定UWB标识卡入网到UWB手持读卡器网络里并进行测距，对大量测距数据进行滤波处理，处理后的数据作为标定距离传输給UWB读卡器并通知UWB读卡器启动标定，UWB读卡器启动自动标定后将采用PID控制算法进行天线参数自动调节，当标定距离和测量距离偏差以及测量距离均方差均满足在规定范围内时则认为标定完成，超出标定时间则认为标定失败；标定途中UWB读卡器实时回传UWB读卡器天线标定状态，天线标定完毕后控制UWB读卡器
切回测距模式进行正常测距。
[0025]进一步，所述UWB读卡器的自动标定方法为：
[0026]UWB读卡器启动自动标定后，将标定距离作为设定值，UWB读卡器与标定用UWB标识卡的测距值经过滤波后的数据作为测量值带入增量式PID控制算法进行控制，输出值作为天线延时参数进行实时修正，直到满足标定需求；系统标定响应速度较快，增量式PID控制算法里面只用到了比例项和积分项，公式如式(1)所示：
[0027]u(k)＝u(k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UWB基站天线延时自动标定方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将UWB手持读卡器放置于待标定天线垂直下方，将标定用UWB标识卡放置于待标定天线前方可视位置固定，在待标定天线上设置UWB读卡器；S2：UWB手持读卡器发起入网请求帧，入网到UWB读卡器网络中，UWB读卡器分配通讯时序以供与UWB手持读卡器进行数据通讯；S3：UWB手持读卡器通知UWB读卡器跳出测距模式并进入标定模式，此时UWB读卡器处于等待状态，并禁止标定用UWB标识卡入网；S4：UWB手持读卡器切换为读卡状态，允许标定用UWB标识卡入网并测距，UWB手持读卡器测量大量距离值后进行滤波处理作为标定距离；S5：UWB手持读卡器将标定距离和标定用UWB标识卡卡号一起传输给UWB读卡器，断开与标定用标识卡测距并启动UWB读卡器自动标定；S6：UWB读卡器启动自动标定，等待标定用UWB标识卡入网分配时序测距，获得测量距离，并采用PID控制算法进行自动标定；S7：当标定距离和测量距离偏差以及测量距离均方差均在预设阈值内时认为标定完成，当超出标定时间还未满足标定完毕条件，则认为标定失败；S8：UWB读卡器标定途中保持与UWB手持读卡器通讯，实时回传自动标定状态，标定完毕后控制UWB读卡器切换回测距状态。2.根据权利要求1所述的UWB基站天线延时自动标定方法，其特征在于：所述UWB手持读卡器包括主控MCU，与所述主控MCU连接的UWB模块、按键模块、闪存模块、电池模块、充电电路、显示模块、存储模块；所述UWB模块用于UWB信号的发送与接收，所述按键模块用于功能选择与执行，所述闪存模块用于存储手持UWB相关配置信息，所述充电电路用于为电池模块进行充电，所述显示模块用于显示相关信息，所述存储模块用于对UWB测距数据进行存储。3.根据权利要求1所述的UWB基站天线延时自动标定方法，其特征在于：步骤S2具体包括：UWB手持读卡器对UWB读卡器进行标定时处于UWB读卡器网络范围内，UWB手持读卡器工作在UWB标识卡模式，发起入网请求帧Blink进行入网，并等待接收入网响应帧Ranging Init，UWB读卡器接收到入网请求后分配时序与UWB手持读卡器进行通讯，并将分配的时序以及时钟同步信息通过入网响应帧回传，UWB手持读卡器入网后在规定时序完成与UWB读卡器的TOF测距。4.根据权利要求1所述的UWB基站天线延时自动标定方法，其特征在于：步骤S3
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S8具体包括：UWB手持读卡器测距...

【专利技术属性】
技术研发人员：温贤培，胡宇，郭江涛，黄友胜，戴剑波，周代勇，任高建，何青松，张加易，王斌，刘慧洁，刘世森，邵严，段明，胡英杰，田军，王飞，胡亮，魏华峰，唐杰，吕世川，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：