[发明专利]一种基于冗余距离的UWB井下目标定位方法

说明书

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。

技术领域

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(Ultra Wide Band，UWB)井下目标定位方法。

背景技术

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。

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，计算出定位标签与定位基站的距离。其优点是部署简单，成本廉价，易于实现。但是定位精度不高，而且井下环境恶劣，外界因素对信号强度的影响较大。

基于Zigbee定位方法其原理是通过Zigbee网络相互通信，而在每个网络里的各个模块都可以对目标进行定位或者监控目标，进而达到定位的目的。其优点是抗干扰能力强、传输速度快、可扩展性强。

基于UWB定位方法，也叫超宽带通信，通过电磁波的传播来获取信息。其主要实用的定位方法有TOA和TDOA两种。

TOA方法是一种基于信号到达时间来确定目标位置的方法。首先获取到定位标签到基站电磁波的传输时间，再乘以电磁波传输速度即可获得距离。接着重复获取至少三组不同基站的距离数据，可以通过如LS等算法得到位置坐标。

TDOA方法是一种基于定位标签与多个定位基站之间传播时间差值的方式来确定目标位置。该方法是TOA方法的一种改进，并不受到时间同步的影响，定位精度较高。

中国发明专利申请号201911068319.7，公开了一种基于BP神经网络和TDOA的室外目标定位方法。该发明虽然提高了定位精度，但是训练时间花费过多，时间成本高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于冗余距离的UWB井下定位方法，在有测距误差的影响下提高定位精度，来让定位系统具有更高的实用性与准确性。

本发明的技术思路是，针对UWB测距过程中受环境因素影响存在的误差问题，通过利用测量多组距离值确定多组位置初值，接着利用粒子群优化方法获取到最终精确定位。

本发明具体实现步骤包括如下：

步骤(1)、采集定位基站与定位标签的距离；

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；

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。

本发明的另一个目的是提供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，令计算机执行上述的方法。

本发明的另一个目的是提供一种计算设备，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，实现上述的方法。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：