改进型DSTWR的UWB煤矿井下定位方法研究*

PDF(1361 KB)

集成电路与嵌入式系统 ›› 2023, Vol. 23 ›› Issue (4) : 87-91.

应用精选

改进型DSTWR的UWB煤矿井下定位方法研究^*

魏岚焘, 崔丽珍, 包图雅

作者信息 +

Research on UWB Underground Location Method Based on Improved DS-TWR

Wei Lantao, Cui Lizhen, Bao Tuya

Author information +

文章历史 +

摘要

提出基于改进双边双程测距算法的超宽带煤矿井下定位系统,对双边双程测距算法进行了优化,实现了标签和多个基站同时测距,缩短了测距时间,加快了定位速度;采用卡尔曼滤波对测量到的距离进行滤波处理,提高了测距的精度和稳定性。实验结果表明,定位系统的定位精度可达到厘米级,在模拟煤矿井下环境中(地下通道),平均误差在20 cm内,最小误差为11.06 cm;在室内环境中的平均误差为14 cm内,最小误差为6.49 cm。

Abstract

In the paper,an ultra-wideband underground coal mine positioning system based on the improved bilateral two-way ranging algorithm is proposed.The bilateral two-way ranging algorithm is optimized to realize the simultaneous ranging of labels and multiple base stations,reduce the ranging time and speed up the locating speed.Kalman filter is used to filter the measured distance,which improves the accuracy and stability of the ranging.The experiment results show that the positioning accuracy of the positioning system can reach the level of cm.The average error in the simulated underground environment of coal mine (underground passage) is within 20 cm,and the minimum error is 11.06 cm.In the indoor environment,the average error is within 14 cm,and the minimum error is 6.49 cm.

导出引用

魏岚焘, 崔丽珍, 包图雅. 改进型DSTWR的UWB煤矿井下定位方法研究^*[J]. 集成电路与嵌入式系统. 2023, 23(4): 87-91

Wei Lantao, Cui Lizhen, Bao Tuya. Research on UWB Underground Location Method Based on Improved DS-TWR[J]. Integrated Circuits and Embedded Systems. 2023, 23(4): 87-91

中图分类号： TN802

参考文献

[1] 曹世华.室内定位技术和系统的研究进展[J].计算机系统应用,2013,22(9):1-5.
[2] 国家发展改革委国家能源局应急管理部国家煤矿安监局工业和信息化部财政部科技部教育部关于加快煤矿智能化发展的指导意见[J].中国安全生产,2020,15(3):5.
[3] 杨亚静.室外UWB精确定位系统的研究与实现[D].石家庄:河北科技大学,2015.
[4] 朱颖.基于UWB的室内定位系统设计与实现[D].南京:南京邮电大学,2019.
[5] DecaWave.DW1000 User Manual 2.07,2018.
[6] DecaWave.DW1000 Data Sheet,2019.
[7] DecaWave.aps011_sources_of_error_in_twr[EB/OL].[2022-12].https://www.decawave.com/wpcontent/uploads/2018/10/APS011_Sources-of-Error-in-Two-Way-Ranging-Schemes_v1.1.pdf.
[8] DecaWave.DW1000 Product Brief,2018.
[9] 张亚森.基于DWM1000的UWB室内定位系统设计[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2018.
[10] 严威.基于UWB的井下目标精确定位平台的硬件设计与实现[D].北京:中国矿业大学,2020.
[11] Wei Zihui,Yue Xin.A TOF Localization Algorithm Based on Improved Doublesided Two Way Ranging[P].DEStech Transactions on Computer Science and Engineering,2018:1.
[12] 陶偲.基于UWB的室内SDS-TWR测距算法优化和定位算法融合的研究[D].武汉:华中师范大学,2016.
[13] 杨文,侍洪波,汪小帆.卡尔曼一致滤波算法综述[J].控制与决策,2011,26(4):481-488.
[14] 任昊誉,郭晨霞,杨瑞峰.卡尔曼滤波提高UWB测距精度研究[J].电子测量技术,2021,44(18):111-115.
[15] 陈艳春,达钰鹏.基于改进Kalman的传感器数据加权处理算法[J].计算机技术与发展,2021,31(3):157-162.
[16] 李汉波.基于UWB定位的室内无人机编队系统设计与实现[D].厦门:厦门大学,2019.
[17] 许佩佩.基于TOA方案的超宽带室内定位技术研究[D].南京:东南大学,2016.

基金

*国家自然科学基金项目—复杂煤矿井下环境多源融合定位理论及关键技术研究(62261042);内蒙古自然科学基金项目—基于移动网络的煤矿井下PDR/地磁/Wi-Fi多源融合定位算法研究(2020MS06027);内蒙古自治区科技计划项目—矿山应急救援挖掘机智能网联控制平台研发与应用项目(2022YFSH0051)。