[發(fā)明專利]基于UWB的室內(nèi)基站通信盲區(qū)定位系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211528204.3
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115884370A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 秦華;劉熾;張進科;李倩;代霞
• 申請（專利權）人: 重慶梅安森科技股份有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W4/33;H04W88/08;E21F17/18
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權代理有限公司 50212
• 代理人: 張乙山

本發(fā)明具體涉及基于UWB的室內(nèi)基站通信盲區(qū)定位系統(tǒng)，包括：UWB標簽，由被測人員或設備攜帶，用于發(fā)出脈沖信號；單基站定位模塊，設置于UWB基站的通信盲區(qū)，用于獲取UWB標簽的位置坐標；單基站定位模塊包括能夠與UWB標簽通信且時間同步的至少兩個天線，獲取UWB標簽的位置坐標時：首先通過各個天線分別接收對應UWB標簽的脈沖信號的時間差計算對應UWB標簽所處的相位差；然后通過任意天線基于對應UWB標簽的脈沖信號進行測距，得到與對應UWB標簽之間的距離；最后通過對應UWB標簽所處的相位差以及與對應UWB標簽之間的距離計算對應UWB標簽的位置坐標。本發(fā)明能夠有效實現(xiàn)存在信號干擾的室內(nèi)基站通信盲區(qū)的定位。

技術領域

本發(fā)明涉及礦用通信設備技術領域，具體涉及基于UWB的室內(nèi)基站通信盲區(qū)定位系統(tǒng)。

背景技術

為了更好的管理煤礦井下或者洗煤廠的人員，需要對煤礦井下或者洗煤廠的人員進行實時定位，以了解進入井下各人員的情況。這樣，當出現(xiàn)異常時，可以對人員進行針對性的疏散指引，也便于了解各井下人員的實時疏散情況。目前煤礦井下或者洗煤廠的人員定位系統(tǒng)普遍采用GPS定位系統(tǒng)。傳統(tǒng)的GPS定位系統(tǒng)可以提供定位服務，但不能提供精確的室內(nèi)定位。

近年來，從軍事轉(zhuǎn)為民用的UWB定位技術為煤礦井下或者洗煤廠的室內(nèi)定位問題提供了新的解決方案。UWB技術不僅定位精度高、抗多徑效應能力強、信號穿透力強，還具有高通訊速率、低功耗、保密性能好等優(yōu)點。公開號為CN110794364A的中國專利就公開了《一種UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)》，包括超寬帶定位模塊、微控制器、顯示屏、無線串口通信模塊、上位機；超寬帶定位模塊分為定位標簽和基站，系統(tǒng)中至少有四個已知坐標的固定基站和一個定位標簽；定位標簽計算UWB信號的飛行時間，通過雙邊雙向測距算法精確計算出標簽到與各個基站之間的距離數(shù)據(jù)；微控制器通過串口接收標簽測得的距離數(shù)據(jù)包，并求解出定位標簽所在位置的坐標數(shù)據(jù)。

正如上述現(xiàn)有方案所述，現(xiàn)有基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)需要在室內(nèi)環(huán)境布置四個UWB基站并進行組網(wǎng)，同時由被測人員或設備攜帶UWB標簽，進而通過UWB標簽與各個UWB基站的通訊實現(xiàn)被測人員或設備的室內(nèi)定位。現(xiàn)有基于UWB的室內(nèi)定位系統(tǒng)只適用于理想室內(nèi)環(huán)境，即不存在信號遮擋、信號反射等信號干擾的環(huán)境。然而，對于洗煤廠等大型機械設備較多的場景，有很多存在信號遮擋、信號反射等信號干擾的UWB基站通信盲區(qū)，現(xiàn)有室內(nèi)定位系統(tǒng)無法有效定位被測人員或設備在基站通信盲區(qū)的室內(nèi)位置。雖然增設UWB基站的方式能夠在一定程度上解決上述問題，但UWB基站需要成套設置并組網(wǎng)，專門針對基站通信盲區(qū)設置配套的UWB基站導致室內(nèi)定位的成本很高。因此，如何設計一種能夠有效實現(xiàn)存在信號遮擋、信號反射等信號干擾的室內(nèi)基站通信盲區(qū)的定位，且能夠降低室內(nèi)定位成本的室內(nèi)定位系統(tǒng)是亟需解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何提供一種基于UWB的室內(nèi)基站通信盲區(qū)定位系統(tǒng)，能夠有效實現(xiàn)存在信號遮擋、信號反射等信號干擾的室內(nèi)基站通信盲區(qū)的定位，并且能夠降低室內(nèi)定位的成本，從而能夠為煤礦井下或者洗煤廠等存在通信盲區(qū)的室內(nèi)定位場景提供一種新的思路。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下的技術方案：

基于UWB的室內(nèi)基站通信盲區(qū)定位系統(tǒng)，包括：

UWB標簽，由被測人員或設備攜帶，用于發(fā)出脈沖信號；

單基站定位模塊，設置于UWB基站的通信盲區(qū)，用于獲取UWB標簽的位置坐標；

單基站定位模塊包括能夠與UWB標簽通信且時間同步的至少兩個天線，獲取UWB標簽的位置坐標時：首先通過各個天線分別接收對應UWB標簽的脈沖信號的時間差計算對應UWB標簽所處的相位差；然后通過任意天線基于對應UWB標簽的脈沖信號進行測距，得到與對應UWB標簽之間的距離；最后通過對應UWB標簽所處的相位差以及與對應UWB標簽之間的距離計算對應UWB標簽的位置坐標。

優(yōu)選的，單基站定位模塊通過如下公式計算UWB標簽所處的相位差：