UWB定位算法
超宽带技术是采用极窄的脉冲信号实现无线通信,被称为脉冲无线电,其信号相对带宽不小于 0.2,绝对带宽不小于500MHz。根据经典雷达成像理论,距离分辨率δ x 与信号宽度 T m 有如下关系:δ x =vT m /2,其中 v 是信号在传播介质中的传播速度。由此宽带特性可知,超宽带定位技术有极高的测距精度。其采用的脉冲宽度为纳秒或亚纳秒级,理论上可以获得厘米甚至毫米级的测距精度。由于 UWB 系统发射的是持续时间极短且占空比很低的窄脉冲,因此其多径信号在时间上可分离。此外,UWB采用跳时扩频信号,系统具有较宽阔的频带,根据香农公式,信道容量C一定的情况下,高带宽可以降低信噪比。因此,UWB 具有很强的抗干扰性。
1、三边定位算法
三边测量法适合三个参考节点对一个未知节点实行定位,其通过未知节点与参考节点的距离公式列出三个数学关系式,进而求解需要定位的节点坐标。未知节点的位置计算原理如图2所示。设三个参考节点的坐标分别为 A(x 1 , y 1 )、B(x 2 , y 2 )、C(x 3 ,y 3 ),未知节点 D 的坐标为 (x, y),该节点到A、B、C的距离分别为r1、r2、r3,由此可得式(1):
2、质心算法
质心算法是依靠节点互相通信找出与距离定位节点较近的参考节点,将这些参考节点构成的多边形区域的质心作为定位节点的位置估计,如图 3 所示。
通常把参考节点所构成图形的质心看作该图形的几何中心,则定位节点的质心坐标为构成多边形各个顶点坐标的平均值。若一个不规则图形的 n 个顶点分别是 (x1 , y1 )、(x2 ,y2 )、,…,(xn , yn ),则质心坐标为:
质心算法主要依靠网络的连通性实现,具有计算简单,不需要参考节点和定位节点相互配合的优势。质心算法的精度是较低,应用中往往作为一种辅助方法,从而提高算法的精度。
3、算法融合
实际环境中,测量信号会受到遮挡、噪声等环境因素的影响,造成测量时间增加,产生测量误差。三个圆可形成一个相交区域,如图 4 所示。
设三个交点坐标分别为 E(x4 , y4 )、F(x5 , y5 )、G(x3 , y3 ),位置节点 D 的坐标 (x, y) 可以看作相交区域的几何中心,即 D的坐标为:
华星智控UWB定位系统架构如下图所示
基于UWB技术开发的定位基站如下图所示
该系统已经成熟稳定且用了很多实际项目。
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化工、石化、炼油厂人员及车辆定位方案
化工厂人员、车辆定位管理系统具有如下的特点:华星智控化工厂人员定位管理系统融合LORA、4G/5G通信技术,基于自研的室内外高精度定位物联网算法,实现对化工厂人员、车辆的实时精确定位,系统具有高精度,免布线,高实时性,高可靠稳定性的核心优势特点。
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行车、天车防碰撞方案
通过在行车上安装精准测距基站,基站之间实时互相测距,设定一个危险距离R,当行车2和行车1或者行车3的距离小于R时,就会触发继电器工作启动声光报警器提醒司机或者切断电源让天车停止工作。
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矿山人员车辆定位管理解决方案
矿山人员车辆定位方案是一种设计用于跟踪矿区内运载矿山人员的车辆位置的系统。 该系统通过提供车辆的实时位置信息,对于确保人员安全至关重要。 以下是矿山人员车辆定位方案的一些关键组成部分:GPS跟踪:该方案利用GPS(全球定位系统)跟踪矿山人员车辆的位置。 GPS 跟踪提供准确的位置数据,可用于监控车辆的速度和方向。车辆跟踪软件:从车辆收集的 GPS 数据被发送到中央系统,该系统使用车辆跟踪软件在地图上显示车辆的实时位置。通讯设备:该方案还需要无线电或手机等通讯设备,让车上人员能够与控制室和应急服务部门进行通讯。地理围栏:地理围栏是一项允许该方案在矿区内设置虚拟边界的功能。 如果车辆进入或离开地理围栏区域,该方案将向控制室发出警报。应急响应:该方案应制定应急响应协议,以防发生事故。 这可能涉及应急小组、疏散计划和急救设备。总体而言,矿山人员车辆定位方案是矿山安全的重要组成部分。 通过提供实时位置数据,该方案可以帮助预防事故并对紧急情况做出快速反应。
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叉车防碰撞方案
车与人防碰撞:叉车上安装精准测距模块和声光报警器,预先设定好安全距离R,测距模块与人员携带的标签测距L,当距离小于预先设定的安全距离R时就触发测距模块的继电器接通声光报警器工作提醒驾驶员注意。
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工业智能制造,电力电厂,钢铁治金定位方案
高精度人员、物资、车辆精准定位系统基于多维技术融合方案,可以实现10~30厘米的精准位置数据采集,可用于工业智能智能制,造汽车装配,电力电厂,钢铁治金等行业实现对工厂内的人、车、物、料等的精确定位、无缝追踪、智能调配与高效协同,大幅提升工厂的精益生产及精细化管理水平。
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数据机房人员定位方案
通过在机房内布设有限数量微基站,实时精确地定位巡检人员上的微标签位置,零延时地将巡检人员位置信息显示在机房控制中心,进行安全区域管控、人员在岗监控等。精度达到10厘米级,精确管控以优化流程、合理调度安排、提高数据机房的巡检效率。
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北斗储油罐、滑坡、采空区位移变形监测方案
北斗位移监测可实现水平±2.5毫米,垂直±5.0毫米的位置变化监测,可以用于滑坡,道路边坡,采空区,尾矿库,水库大坝,铁塔,储油罐等的形变监测,通过长期的连续监测,掌握被监测体的位置变化趋势,避免灾害事故发生。
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隧道错车智慧调度方案
铁路隧道施工过程中,由于隧道宽度比较窄,只在固定的距离处有错车位置,当车辆交汇位置距离错车位置比较远的时候车辆需要倒车到错车位置才能错车,这就会导致花费很多时间来错车,大大的降低了工作效率。