[发明专利]基于UWB的井下定位及生命体征监测系统

权利要求书

1.基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，包括：

目标节点，包括第一CPU、第一UWB模块和至少一种能够表征生命体征的传感器；所述传感器的输出端与第一CPU连接，用于将采集的数据回传给第一CPU；所述第一UWB模块与第一CPU连接，用于获取并定时传输来自传感器的数据，同时周期性唤醒并发送Blink信号；

多个锚节点，每个锚节点均包括第二CPU和第二UWB模块；每个锚节点均用于接收所述第一UWB模块传输的信号并记录到达该锚节点的时间，生成Blink数据包并周期性地发送Blink数据包，同时记录发送时间并将该发送时间的信息以及所述来自传感器的数据通过以太网传输到定位服务器；其他锚节点接收到所述Blink数据包并记录Blink数据包到达的时间，也将该时间信息传输到定位服务器；

定位服务器，用于以太网与所述多个锚节点，获取所述来自传感器的数据，并基于TDOA技术进行时钟同步计算，实现对目标节点的定位。

2.根据权利要求1所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述目标节点采用可穿戴设备的形式。

3.根据权利要求2所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述可穿戴设备为手环。

4.根据权利要求1所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述至少一种能够表征生命体征的传感器选自血氧传感器、心率传感器和体温传感器。

5.根据权利要求1所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述锚节点仅由第二CPU、第二UWB模块和电池组成。

6.根据权利要求1所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述Blink信号包括包含控制字头和目标节点MAC地址信息。

7.根据权利要求1所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述多个锚节点之外，还配置有数量不超过两个的无以太网连接的锚节点，其与所述多个锚节点中的任一通过数据中继传输。

8.根据权利要求1所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述目标节点、多个锚节点以及定位服务器还基于TOF技术进行测距定位，并与TDOA定位的结果进行融合得到更为准确的定位。

9.根据权利要求1所述的基于UWB的井下定位及生命体征监测系统，其特征在于，所述基于TOF技术进行测距定位的流程如下：

(1)目标节点周期性唤醒，并发出探询信号Polling，记录并本地存储探询信号的发送时间，记该时间为T1，设探询信号Polling的消息格式用F1字头；所述探询信号Polling与所述Blink信号共用无线数据包；

(2)锚节点接收到目标节点的探询信号Polling以后，记录到达时间，锚节点作为TOF测距节点，记该时间为T2，设相应的消息格式用F2字头；

(3)对于TOF测距节点，立即发送应答无线信号，并记录发送时间，记该时间为T3，设该无线信号的消息格式用F3字头，同时还将该消息发送到定位服务器；

(4)目标节点接收到来自多个TOF测距节点的无线信号后，分别记录到达时间，记该时间为T4，不同TOF测距节点对应的T4值不同；

(5)目标节点将本地记录的时间T1与多个T4采用无线数据包发送，设该无线数据包用F4字头；

(6)锚节点接收到F4字头的消息，具有以太网连接的且地址最小的锚节点将此消息转发到定位服务器；

(7)定位服务器进行时间组合配对，获得目标节点到多个锚节点的TOF和距离，进行定位分析计算；

(8)将基于TOF技术的测距定位结果与TDOA定位的结果进行融合。