一种基于冗余距离的UWB井下目标定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114245301A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111564025.0(22)申请日2021.12.20(71)申请人杭州电子科技大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街(72)发明人侯平智彭圣仆王晓虎(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)33240代理人朱亚冠(51)Int.Cl.H04W4/02(2018.01)H04W4/30(2018.01)H04W64/00(2009.01)G06N3/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于冗余距离的UWB井下目标定位方法(57)摘要本发明公开一种基于冗余距离的UWB井下目标定位方法。其步骤是：通过UWB基站采集一组定位标签与四个不同定位基站的距离；以三个测距距离通过最小二乘法得到坐标初值；判断是否获得三个坐标初值，如果满足条件，利用粒子群优化算法对三个初始坐标位置进行优化，获得最终坐标；否则，继续通过定位基站获取定位标签与定位基站的距离，再采用最小二乘法获得新的一组坐标初值。优点：本发明利用粒子群算法对多组坐标初值进行优化，能够有效提高定位精度。CN114245301ACN114245301A权利要求书1/2页1.一种基于冗余距离的UWB井下目标定位方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)、采集定位基站与定位标签的距离；具体是：1‑1随机选取四个定位基站，利用TW‑TOF测距方法获取上述四个定位基站与定位标签的测量距离：其中，si表示定位第i个基站与定位标签的距离测量值，T0i为定位标签将带有请求性质的信号向第i个基站发射的时间，T1i为第i个定位基站接收来自定位标签发送来的信号时间，T2i为第i个定位基站向定位标签发送的响应信号时间，T3i为定位标签接收到来自第i个定位基站发来的响应信号时间，C为光速；1‑2根据距离测量值si，获取含误差的距离：di＝si+w公式(2)其中di表示第i个基站测量的含噪声误差的距离值，w表示噪声误差；步骤(2)、根据步骤(1)含误差的距离di，利用最小二乘法计算出定位标签的初始理论值；具体是：2‑1构建含误差的距离与定位基站、定位标签关系：其中(x，y)表示定位标签的初始理论值，(xi，yi)表示第i个定位基站的坐标；2‑2基于公式(4)，建立如下矩阵关系公式，得到一组定位标签的初始理论值；即AX＝b；其中步骤(3)、重复步骤(1)‑(2)，获得多组定位标签的初始理论值；然后判断每组定位标签的初始理论值是否产生三个数值；如果不满足要求，则返回步骤(1)；如果满足要求，利用粒子群优化方法对三个数值进行优化，得到井下目标的最终坐标；所述粒子群优化方法具体如下：vi＝ωvi+c1r1(pbesti‑qi)+c2r2(gbesti‑qi)公式(5)qi＝qi+vi公式(6)其中vi是第i个粒子速度，w为惯性权重系数，c1、c2为加速度系数，r1、r2是两个随机数，pbesti表示第i个粒子相较于被测量定位标签的个体最优位置，gbesti表示当前粒子群体相较于被测量定位标签的全局最优位置；qi表示当前粒子位置；适应度表示当前粒子与初始理论值的距离平均值，其值为:其中N表示每组定位标签的初始理论值个数为3，(a,b)表示当前粒子坐标，(mi,ni)表示2CN114245301A权利要求书2/2页定位标签的第i个初始理论值。2.如权利要求1所述的一种基于冗余距离的UWB井下目标定位方法，其特征在于噪声误差函数：其中，θ为UWB的测距误差，δ为标准差，服从均值为0，标准差为0.2的正态分布。3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1或2所述的方法。4.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现权利要求1或2所述的方法。3CN114245301A说明书1/4页一种基于冗余距离的UWB井下目标定位方法技术领域[0001]本发明属于井下定位技术领域，具体地说，涉及一种基于冗余距离的超宽带(UltraWideBand，UWB)井下目标定位方法。背景技术[0002]近年来，我国对于煤炭的需求越来越迫切，需要大量工人参与井下开采作业，但由于井下空间有限，环境恶劣，很容易发生安全事故。而当发生事故时，救援人员需要首先确定事故人员的准确位置才能赶去救助，因此，需要一个精确的定位系统来为井下工作者提供位置信息。[0003]目前使用到的定位技术主要有WIFI定位、Zigbee定位和UWB定位等。其中，基于WIFI定位方法是利用RSSI定位原理，通过基站向外界发射无线信号，根据信号强度，计