【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信，涉及一种基于uwb井下快速精确定位方法。
技术介绍
1、煤矿是一个具有高度危险性和复杂环境的行业，因此在矿井下实时准确地定位矿工和设备的位置对于安全管理至关重要。井下定位技术的应用能够帮助监测人员的位置、避免事故发生，并提高救援效率。uwb技术作为一种新兴的井下定位技术，在煤矿井下应用具有许多优点。首先，uwb技术能够提供高度精确的定位信息，可以实现厘米级的定位精度，使矿工和设备的位置信息得以准确获取。其次，uwb技术在复杂的煤矿环境中表现出良好的鲁棒性和稳定性，能够抵抗多径传播和信号衰减的影响，确保可靠的定位性能。此外，uwb技术具有较低的功耗，适合长时间在井下环境中使用。然而，传统的tof定位方法定位流程相对复杂，且定位速速慢，增加了测距碰撞换概率。
2、为了精简uwb测距流程，提高系统并发量，减少碰撞概率，提出了一种井下快速精确定位方法，该方法从tof测距的基本原理分析出发，优化测距过程并对传输信息进行整合，缩短tof测距时间提高系统并发量，以满足煤矿现场对精确定位系统越来越高的并发量需求。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于uwb井下快速精确定位方法。本专利技术中的标识卡采用随机间隔广播入网请求帧进行入网，入网成功后标识卡进入休眠状态等待测距时序到达后自动唤醒，唤醒后监听读卡器发起的测距请求帧，并向读卡器回复测距响应帧完成单边测距，最后结合入网请求帧或上一轮的测距响应帧时间戳实现双边测距。标识卡与读卡器进行单边测距即
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于uwb井下快速精确定位方法，该方法包括以下步骤：
4、s1：对标识卡入网、首次测距和正常测距进行设计；
5、s2：对入网阶段和测距阶段进行通讯协议设计；
6、s3：进行井下定位。
7、可选的，所述s1包括以下步骤：
8、s11：标识卡入网；
9、标识卡以固定时间加随机时间的方式发送入网请求帧进行入网，采用随机发送入网请求帧是为了减少多个标识卡同时发起入网请求导致的反复入网冲突现象，标识卡发起入网请求帧时采用延时发送方式，并将标识卡卡号、入网请求帧发送时间戳ta1以及其它信息一起添加到入网请求帧进行广播；读卡器左右天线接收到入网请求帧之后，保存入网请求帧里面的标识卡卡号、入网请求帧发送时间戳以及其它信息，同时保存入网请求帧接收时间戳tb1和tc1，读卡器为标识卡分配测距时序，并将分配时序以及当前时序附带进入网响应帧以标识卡卡号为目的地址进行定向回传，入网响应帧只需由接收信号更强一侧天线进行回复；标识卡接收到入网响应帧之后根据当前时序对自身时序进行校准，并根据分配时序进行定时休眠；
10、s12：标识卡首次测距；
11、标识卡定时休眠唤醒后处于接收状态并等待读卡器发起测距请求，读卡器根据标识卡分配时序，左右天线依次对标识卡发送测距请求帧，并在测距请求帧里附带当前时序以及附带信息，同时保存测距请求帧发送时间戳tb2和tc2，标识卡接收到测距请求帧之后保存下发信息并对当前时序进行校正，保存测距请求帧接收时间戳ta2b和ta2c；标识卡处理完下发信息后将ta2b、ta2c以及测距响应帧发送时间戳ta3一起附带进测距响应帧发送给读卡器，读卡器左右天线分别接收到测距响应帧，并保存测距响应帧接收时间戳tb3和tc3，此时再结合入网请求帧发送产生的ta1、tb1、tc1三个时间戳，左右天线分别采用ds-twr算法实现对标识卡测距，并根据测距距离以及接收信号强度判断出标识卡位于读卡器的左边还是右边，实现井下一维定位；
12、s13：标识卡正常测距；
13、标识卡在经过首次测距后根据分配时序进行定时休眠，唤醒后等待读卡器发起测距请求帧，正常测距流程下读卡器同样发起测距请求帧并等待测距响应帧，并与首次测距采用同样方法获取该过程中的所有发送以及接收时间戳，并结合上一轮测距产生的时间戳ta3、tb3、tc3，采用ds-twr算法解算出本轮标识卡与左右天线测距距离。
14、可选的，所述s2包括以下步骤：
15、s21：入网阶段
16、标识卡随机发起入网请求帧，并以广播地址为目的地址进行广播发送，所有读卡器能接收到入网请求帧，然后通过命令控制位的命令号识别该帧为入网请求帧，保存附带信息以及入网请求帧发送时间戳；
17、读卡器接收入网请求帧之后保存入网请求帧接收时间戳，查询时序分配表为新入网标识卡分配测距时序，并与当前时序、系统总时序数和附带信息一起通过入网响应帧回传标识卡，标识卡只会接收第一时间到达的入网响应帧，后续其它读卡器回复的入网响应帧将被丢弃；
18、s22：测距阶段
19、标识卡定时休眠唤醒后处于接收状态，读卡器根据分配时序发送测距请求帧并保存测距请求帧发送时间戳，测距请求帧附带当前时序、通道、以及附带信息，标识卡接收到测距请求帧之后利用当前时序进行时序校准，并且标识卡此后每次测距都将进行时序校正；读卡器左右天线分别发起测距请求帧，标识卡根据测距请求帧附带信息通道判断该条测距请求帧为左通道还是右通道发送，并将分别保存左右通道发送测距请求帧的接收时间戳；
20、标识卡接收完测距请求帧之后将左右通道的测距请求帧接收时间戳、测距响应帧发送时间戳和附带信息一起附带进测距响应帧采用延时传送方式进行回传，读卡器接收测距响应帧之后，左右通道分别保存测距响应帧接收时间戳，并将测距响应帧内附带的时间戳信息进行保存，最后读卡器结合所有时间戳采用ds-twr算法求解出标识卡距离读卡器左右天线距离，即读卡器只需进行一次ss-twr测距，再结合入网请求帧或测距响应帧时间戳采用ds-twr算法求解出更精准距离。
21、可选的，所述入网请求帧的通讯协议为：
22、序号为1～2，数据为xx，定义为头部，代表uwb通讯头部；
23、序号为3～4，数据为xx，定义为panid，代表区域id；
24、序号为5～6，数据为xx，定义为目的地址，代表广播地址；
25、序号为7～8，数据为xx，定义为源地址，代表标识卡地址；
26、序号为9，数据为xx，定义为命令控制，代表入网请求帧命令号；
27、序号为10，数据为xx，定义为设备类型，代表设备类型号；
28、序号为11，数据为xx，定义为软件版本，代表当前标识卡软件版本号；
29、序号为12，数据为xx，定义为附带信息，代表附带传输信息；
30、序号为13～17，数据为xx，定义为时间戳，代表入网请求帧发送时间戳。
31、可选的，所述入网响应帧的通讯协议为：
32、序号为1～2，数据为xx，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：所述S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：所述S2包括以下步骤：
4.根据根据权利要求3所述的一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：所述入网请求帧的通讯协议为：
5.根据权利要求4所述的一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：所述入网响应帧的通讯协议为：
6.根据权利要求5所述的一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：所述测距请求帧的通讯协议为：
7.根据根据权利要求6所述的一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：所述测距响应帧的通讯协议为：
8.根据权利要求3所述的一种基于UWB井下快速精确定位方法，其特征在于：所述S3具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于uwb井下快速精确定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于uwb井下快速精确定位方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于uwb井下快速精确定位方法，其特征在于：所述s2包括以下步骤：
4.根据根据权利要求3所述的一种基于uwb井下快速精确定位方法，其特征在于：所述入网请求帧的通讯协议为：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：温贤培，胡宇，黄友胜，胡亮，王飞，戴剑波，槐利，田军，张鹏，段明，王斌，马书敏，张加易，邵严，周代勇，胡英杰，刘慧洁，赵光绪，
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：
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