[发明专利]一种基于小波分解低频系数的海上作业平台人员定位方法

摘要

本发明属于海上作业平台人员定位领域，具体是一种基于小波分解低频系数的海上作业平台人员定位方法。主要分为六个步骤：A.安装在油区工作人员身上的定位标签发送UWB信号，定位基站接收该信号；B.定位基站对接收到的UWB信号进行小波分解；C.取小波分解后的低频系数构造能量块；D.建立阈值与能量块峭度的映射关系；E.实际测量时，根据收到的UWB信号，进行实际测距；F.服务器再根据定位标签与不同定位基站之间的距离差，利用双曲线算法，实现人员定位。本发明首次将UWB信号、小波分解、小波分解低频系数构造能量块等应用于海上作业平台人员定位中，在多径、非直视、多金属等海上油区特殊作业条件下可以提高人员测距定位精度。

主权项

1.一种基于小波分解低频系数的海上作业平台人员定位方法其特征在于包括以下步骤：A.UWB信号发送：安装在作业平台工作人员身上的定位标签发送UWB信号，定位基站接收该信号，如果要实现三维定位则基站数量不能少于4个，如果要实现二维定位则基站数量不能少于3个；B.UWB信号小波分解：定位基站对接收到的UWB信号进行小波分解，计算方法为：其中，c₀表示接收到的UWB信号，j∈{0,1,2,…}表示小波分解的层数，c_j表示UWB信号经小波分解到j层上得到的低频部分的系数，d_j表示UWB信号经小波分解到j层上得到的高频部分的系数，m∈{0,1,2,…}表示小波分解到j层上的采样点，l∈{0,1,2,…}表示小波分解到j+1层上的采样点，h(n)表示低通滤波器，g(n)表示高通滤波器，其通过选取的小波类型决定；C.取低频系数构造能量块：每隔一定的区间对低频系数进行积分计算，构造一系列能量块，方法为：其中，T_f表示UWB信号一个帧的长度，T_b表示积分周期即每个能量块的长度，r(t)表示接收到的UWB信号，t表示信号存在的时间，i∈{1,2,…}表示信号帧的序号，表示从第i个帧起始点开始的能量块的序号，符号表示向下取整，z[n]表示能量块；D.建立阈值与能量块峭度的映射关系：由低频能量块的峭度来计算阈值，具体方法如下：1)生成指纹数据：在不同的信噪比下进行多次仿真，分别计算每一次仿真能量块的峭度并进行取整，同时归一化阈值取{0.1,0.2,…,1.0}之间不同值时，计算测距误差，峭度的计算公式如下：其中，N_b表示能量块的个数，表示能量块的均值，δ表示能量块的标准差；2)选取最优阈值：当能量块峭度取不同值时，分别计算取不同归一化阈值时测距误差的平均值，取平均误差最小时的归一化阈值作为此峭度下选取的归一化阈值；3)曲线拟合：根据能量块峭度和归一化阈值的对应关系，利用曲线拟合建立起峭度和归一化阈值的映射关系；E.测距计算：收到UWB信号后，在进行实际测距时，执行如下步骤：1)构造能量块：对接收到的UWB信号进行小波变换，取低频系数构造能量块；2)计算阈值：计算能量块峭度，根据建立的映射关系计算出阈值；3)计算UWB信号到达时间：将能量块与阈值进行比较，取第一个超过阈值的能量块作为信号到达的时间TOA；4)计算距离，计算方法如下：其中，c表示电磁波在空气中的传播速度，表示估计的信号到达时间TOA；F.定位计算：多个定位基站将上述测距结果通过网络传输到服务器，服务器再根据定位标签与不同定位基站之间的距离差，利用传统的双曲线无线定位算法，实现海上作业平台工作人员的定位。