基于UWB的室内基站通信盲区定位系统技术方案

本发明专利技术具体涉及基于UWB的室内基站通信盲区定位系统，包括：UWB标签，由被测人员或设备携带，用于发出脉冲信号；单基站定位模块，设置于UWB基站的通信盲区，用于获取UWB标签的位置坐标；单基站定位模块包括能够与UWB标签通信且时间同步的至少两个天线，获取UWB标签的位置坐标时：首先通过各个天线分别接收对应UWB标签的脉冲信号的时间差计算对应UWB标签所处的相位差；然后通过任意天线基于对应UWB标签的脉冲信号进行测距，得到与对应UWB标签之间的距离；最后通过对应UWB标签所处的相位差以及与对应UWB标签之间的距离计算对应UWB标签的位置坐标。本发明专利技术能够有效实现存在信号干扰的室内基站通信盲区的定位。的室内基站通信盲区的定位。的室内基站通信盲区的定位。

【技术实现步骤摘要】
基于UWB的室内基站通信盲区定位系统


[0001]本专利技术涉及矿用通信设备
，具体涉及基于UWB的室内基站通信盲区定位系统。

技术介绍

[0002]为了更好的管理煤矿井下或者洗煤厂的人员，需要对煤矿井下或者洗煤厂的人员进行实时定位，以了解进入井下各人员的情况。这样，当出现异常时，可以对人员进行针对性的疏散指引，也便于了解各井下人员的实时疏散情况。目前煤矿井下或者洗煤厂的人员定位系统普遍采用GPS定位系统。传统的GPS定位系统可以提供定位服务，但不能提供精确的室内定位。
[0003]近年来，从军事转为民用的UWB定位技术为煤矿井下或者洗煤厂的室内定位问题提供了新的解决方案。UWB技术不仅定位精度高、抗多径效应能力强、信号穿透力强，还具有高通讯速率、低功耗、保密性能好等优点。公开号为CN110794364A的中国专利就公开了《一种UWB室内定位系统》，包括超宽带定位模块、微控制器、显示屏、无线串口通信模块、上位机；超宽带定位模块分为定位标签和基站，系统中至少有四个已知坐标的固定基站和一个定位标签；定位标签计算UWB信号的飞行时间，通过双边双向测距算法精确计算出标签到与各个基站之间的距离数据；微控制器通过串口接收标签测得的距离数据包，并求解出定位标签所在位置的坐标数据。
[0004]正如上述现有方案所述，现有基于UWB的室内定位系统需要在室内环境布置四个UWB基站并进行组网，同时由被测人员或设备携带UWB标签，进而通过UWB标签与各个UWB基站的通讯实现被测人员或设备的室内定位。现有基于UWB的室内定位系统只适用于理想室内环境，即不存在信号遮挡、信号反射等信号干扰的环境。然而，对于洗煤厂等大型机械设备较多的场景，有很多存在信号遮挡、信号反射等信号干扰的UWB基站通信盲区，现有室内定位系统无法有效定位被测人员或设备在基站通信盲区的室内位置。虽然增设UWB基站的方式能够在一定程度上解决上述问题，但UWB基站需要成套设置并组网，专门针对基站通信盲区设置配套的UWB基站导致室内定位的成本很高。因此，如何设计一种能够有效实现存在信号遮挡、信号反射等信号干扰的室内基站通信盲区的定位，且能够降低室内定位成本的室内定位系统是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种基于UWB的室内基站通信盲区定位系统，能够有效实现存在信号遮挡、信号反射等信号干扰的室内基站通信盲区的定位，并且能够降低室内定位的成本，从而能够为煤矿井下或者洗煤厂等存在通信盲区的室内定位场景提供一种新的思路。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]基于UWB的室内基站通信盲区定位系统，包括：
[0008]UWB标签，由被测人员或设备携带，用于发出脉冲信号；
[0009]单基站定位模块，设置于UWB基站的通信盲区，用于获取UWB标签的位置坐标；
[0010]单基站定位模块包括能够与UWB标签通信且时间同步的至少两个天线，获取UWB标签的位置坐标时：首先通过各个天线分别接收对应UWB标签的脉冲信号的时间差计算对应UWB标签所处的相位差；然后通过任意天线基于对应UWB标签的脉冲信号进行测距，得到与对应UWB标签之间的距离；最后通过对应UWB标签所处的相位差以及与对应UWB标签之间的距离计算对应UWB标签的位置坐标。
[0011]优选的，单基站定位模块通过如下公式计算UWB标签所处的相位差：
[0012]pd＝p
A
‑
p
B
；
[0013]式中：pd表示UWB标签所处的相位差；p
A
和p
B
分别表示脉冲信号到达单基站定位模块两个天线时本振的相位。
[0014]优选的，单基站定位模块通过TOF算法计算与UWB标签之间的距离，具体计算公式如下：
[0015]r＝T
prop
×
V；
[0016]其中，
[0017]式中：r表示单基站定位模块的一个天线与UWB标签之间的距离；Tprop表示脉冲信号从UWB标签到单基站定位模块的飞行时间；V表示电磁波传播速度；T
round1
和T
round2
表示UWB标签接收信号的时间差；T
reply1
和T
reply2
表示单基站定位模块接收信号的时间差。
[0018]优选的，通过如下公式计算UWB标签的位置坐标：
[0019][0020][0021]式中：x和y表示UWB标签的位置坐标；r表示单基站定位模块的一个天线与UWB标签之间的距离；d表示单基站定位模块两个天线之间的距离；p表示信号到达单基站定位模块两个天线的路径差；
[0022]其中，
[0023]式中：λ表示无线电波长，pd表示UWB标签所处的相位差。
[0024]优选的，单基站定位模块包括等间距布置且两两为一组的四个天线。
[0025]优选的，单基站定位模块的自身位置包括安装位置坐标和安装高度。
[0026]优选的，还包括：
[0027]位置修正模块，用于在两个单基站定位模块同时获取到同一UWB标签的位置坐标且获取的位置坐标不一致时，连接对应的两个位置坐标形成直线，进而将对应直线的中点位置坐标作为对应UWB标签的最终位置坐标。
[0028]优选的，位置修正模块还用于在三个及以上单基站定位模块同时获取到同一UWB标签的位置坐标且获取的位置坐标各不相同时，依次连接各个位置坐标并围合形成多边形，进而将对应多边形的重心位置坐标作为对应UWB标签的最终位置坐标。
[0029]优选的，位置修正模块还用于在三个及以上单基站定位模块同时获取到同一UWB标签的位置坐标且获取的位置坐标至少有两个相同时，将相同的位置坐标作为对应UWB标签的最终位置坐标。
[0030]优选的，还包括：
[0031]盲区管理模块，用于将所有单基站定位模块通信盲区的重合区域作为通信死区，并定义通信死区的区域坐标；
[0032]位置预测模块，用于在所有单基站定位模块无法获取UWB标签的位置坐标时，获取对应UWB标签上一时刻的位置坐标作为其消失位置；然后根据对应UWB标签的消失位置匹配预设距离内的通信死区作为候选区域；随后获取对应UWB标签的移动轨迹，并基于移动轨迹预测对应UWB标签的移动方向；最后基于对应UWB标签的移动方向从候选区域中选择对应的通信死区作为预测区域，并将预测区域的区域坐标作为对应UWB标签的预测位置坐标。本专利技术中基于UWB的室内基站通信盲区定位系统与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0033]本专利技术通过单基站定位模块实现被测人员或设备在UWB室内基站通信盲区的定位，一方面，单基站定位模块通过时间同步的至少两个天线分别计算UWB标签所处的相位以及与UWB标签之间的距离，进而结合自身位置信息计算UWB标签的位置坐标，使得能够通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于UWB的室内基站通信盲区定位系统，其特征在于，包括：UWB标签，由被测人员或设备携带，用于发出脉冲信号；单基站定位模块，设置于UWB基站的通信盲区，用于获取UWB标签的位置坐标；单基站定位模块包括能够与UWB标签通信且时间同步的至少两个天线，获取UWB标签的位置坐标时：首先通过各个天线分别接收对应UWB标签的脉冲信号的时间差计算对应UWB标签所处的相位差；然后通过任意天线基于对应UWB标签的脉冲信号进行测距，得到与对应UWB标签之间的距离；最后通过对应UWB标签所处的相位差以及与对应UWB标签之间的距离计算对应UWB标签的位置坐标。2.如权利要求1所述的基于UWB的室内基站通信盲区定位系统，其特征在于，单基站定位模块通过如下公式计算UWB标签所处的相位差：pd＝p
A
‑
p
B
；式中：pd表示UWB标签所处的相位差；p
A
和p
B
分别表示脉冲信号到达单基站定位模块两个天线时本振的相位。3.如权利要求2所述的基于UWB的室内基站通信盲区定位系统，其特征在于，单基站定位模块通过TOF算法计算与UWB标签之间的距离，具体计算公式如下：r＝T
prop
×
V；其中，式中：r表示单基站定位模块的一个天线与UWB标签之间的距离；Tprop表示脉冲信号从UWB标签到单基站定位模块的飞行时间；V表示电磁波传播速度；T
round1
和T
round2
表示UWB标签接收信号的时间差；T
reply1
和T
reply2
表示单基站定位模块接收信号的时间差。4.如权利要求3所述的基于UWB的室内基站通信盲区定位系统，其特征在于，通过如下公式计算UWB标签的位置坐标：公式计算UWB标签的位置坐标：式中：x和y表示UWB标签的位置坐标；r表示单基站定位模块的一个天线与UWB标签之间的距离；d表示单基站定位模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦华，刘炽，张进科，李倩，代霞，
申请(专利权)人：重庆梅安森科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：