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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于UWB与PDR的井下人员融合定位方法
  • 74
  • 作者

    贾宇涛李冠华潘红光陈海舰魏绪强白俊明

  • 单位

    国能神东煤炭集团有限责任公司中煤科工集团常州研究院有限公司西安科技大学电控学院西安市电气设备状态监测与供电安全重点实验室

  • 摘要
    现有超宽带(UWB)与行人航位推算(PDR)融合定位方法大多忽略了非视距(NLOS)环境下的定位误差校正,以简单的阈值划分作为NLOS环境判断依据,而阈值划分在很大程度上与定位场景及场地大小相关。针对上述问题,提出一种考虑NLOS环境的基于UWB与PDR的井下人员融合定位方法。首先,利用UWB技术进行井下人员位置解算,通过三边定位算法得到人员初步位置后,使用最小二乘法对位置进行优化,通过多项式拟合实现NLOS环境下基站和标签之间实际值和测量值之间的拟合,减小NLOS环境下的测距误差,提高定位精度。其次,采用PDR算法对步态进行识别和分析,PDR算法使用惯性导航传感器采集的步态数据,通过步态识别、步长估计和方向估计,实现目标位置的更新;然后,通过卷积神经网络(CNN)-长短期记忆(LSTM)网络分析信道脉冲响应(CIR)特征,实现视距(LOS)/NLOS识别,解决NLOS环境判断存在场景限制的问题;最后,根据LOS/NLOS识别结果确定融合系数,实现UWB和PDR定位结果的融合。实验结果表明:多项式拟合后UWB平均测距误差降低了0.59 m;LOS/NLOS识别的平均准确率为95.3%,召回率和F1分数值均在90%以上,验证了CNN-LSTM具有较好的识别效果;融合定位方法的平均误差为0.31 m,较UWB降低1.57 m,较PDR降低1.41 m。
  • 关键词

    井下人员定位UWB行人航位推算PDR融合定位非视距环境最小二乘法多项式拟合CNN-LSTMLOSNLOS

  • 文章目录
    0 引言
    1 方法原理
    2 方法实现
    2.1 数据采集
    2.2 位置解算
    2.2.1 UWB位置解算
    2.2.2 PDR位置解算
    2.2.3 NLOS环境下多项式拟合
    2.3 融合定位
    2.3.1 LOS/NLOS识别
    2.3.2 融合定位流程
    3 实验分析
    3.1 实验环境
    3.2 数据采集和模型测试
    3.2.1 数据采集
    3.2.2 模型测试
    3.2.3 NLOS环境下多项式拟合测试
    3.3 融合定位实验
    4 结论
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