[发明专利]一种基于UWB技术C-TWR的井下一维精确定位方法

说明书

本发明公开了一种基于UWB技术C‑TWR的井下一维精确定位方法，它包括以下步骤：在井下布设UWB定位基站、采用了C‑TWR过程得到两个测量值(识别卡到达UWB定位器A、UWB定位器B距离)、双程数据的误差初步修正、判断识别卡的一维线性方向、采用一维卡尔曼滤波得到最终的距离值，本发明通过上述方法可以实现更高的井下定位精度，并具有很好的定位实时性，能实现无盲区定位，满足煤矿井下应用技术要求。

技术领域

本发明属于煤矿井下UWB无线定位技术领域，涉及一种在C-TWR方法基础上实现井下一维精确定位的方法。

背景技术

矿井下定位技术因其行业特殊性和应用环境的复杂性，也决定了其与室内定位技术有着不同行业应用要求和不一样的解决问题方法，因此，在满足高定位精度下，系统所需设备数量尽量少，维护尽量简单可靠，成本尽量低。

DS-TWR现有应用技术有：(1)一种基于ADS-TWR的井下UWB多基站定位区域判定方法(专利CN 107948920 A)，等间距布置基站，任意两个基站之间的距离小于定位覆盖半径，若获得识别卡的位置，需要识别卡与两个基站分别完成两侧DS-TWR过程，占用空间时隙资源过多，并且工程成本较高。(2)一种基于 UWB技术DS-TWR的井下精确定位方位判定方法及系统(专利CN111970760A)，采用了单基站(双天线)测距结构，使用DS-TWR方法识别卡和其中某一天线测距，判断方向采用粗略的到达时间法(精度有限)，由于误差两天线布设的距离必须10米，由于天线引出过长会引入噪声，这会影响UWB系统的精度不稳定。

本专利只是针对煤矿井下一维线性定位的一种测距、测向的方法，并能够在减少间隔定位基站数量的基础上，获得更加精确可靠的数据，使得后期处理算法更简单。

发明内容

本申请提供了一种基于UWB技术C-TWR的井下一维精确定位方法，其能在单定位基站下实现一维精确定位，并准确判断方向。

步骤一：准备实现本发明方法的设备

UWB定位基站：由UWB定位器A、UWB定位器B、集控器共同组成，UWB定位器与集控器采用RS-485或CAN总线连接，实时上报识别卡与UWB定位器之间的定位数据，并在集控器内实现位置信息解算和方向确定。

UWB识别卡：能够实现C-TWR的UWB无线收发设备。

步骤二：围绕本发明方法的系统设备实施布设方案

沿着井下巷道依次布设UWB定位器A、集控器、UWB定位器B，其中UWB定位器A与UWB定位器B之间的间距大于100厘米，小于3米(可依据CAN总线和RS-485最大传输距离确定)该实际距离可通过系统自动测量(或人为实际测量)得到。

Δ_AB：是UWB定位器A与UWB定位器B之间的初始测量距离。

步骤三：通过该方法UWB定位系统得到的实时测量数据

进一步改进在于：采用一次C-TWR可得到两个测距值方法，识别卡与UWB 定位器A和UWB定位器B通过C-TWR测得两个ToF传播时间值，计算公式如下：

T_TA：识别卡Tag到UWB定位器A的传播时间；

T_TB：识别卡Tag到UWB定位器B的传播时间；

Δ_AB(t)＝D_TA(t)-D_TB(t)

D_TA(t)：t时刻识别卡Tag到UWB定位器A距离，D_TB(t)＝T_TA*C光速；