基于5G+UWB和惯导技术组合的井下人员定位系统研究

工矿自动化
网络首发时间：2024-01-29 21:33:33

作者

李明锋李?刘用吴学松徐继盛常建明王涛潘红光
单位

甘肃华亭煤电股份有限公司砚北煤矿西安科技大学电气与控制工程学院
摘要

针对煤矿井下人员定位系统在实际应用中存在因设备算力与存储资源不足导致无法使用复杂测距与定位算法，定位数据即时传输与响应性能不足，在系统部署方面人力物力损耗较大等问题，提出一种基于5G+UWB和惯导技术的新型井下人员定位系统。在末端部署能耗低、抗干扰性强的UWB定位基站，定位基站与5G基站以级联的方式连接，定位基站采集UWB与惯导数据，利用5G网络回传至计算平台，在计算平台上完成定位信息的解算和存储。将基于惯导的人员位置估计作为预测值，将基于UWB的三边定位算法获取的人员位置估计作为观测值，利用卡尔曼滤波器将预测值和观测值进行融合，降低定位误差。在煤矿主体实验基地搭建测试系统，模拟真实煤矿井下环境并进行对比实验。结果表明：① 在x轴方向和y轴方向，在卡尔曼滤波的基础上增加惯导优化得出的位置信息和真实原始的位置信息的重合度最高，说明经过惯导优化后的卡尔曼滤波算法得出的位置信息最接近真实位置。② 融合了惯导与卡尔曼滤波的位置估计具有最高的定位精度，平均误差为22.192 cm。③ 定位位置与真实位置的距离误差处于[15 cm，20 cm]，x轴最大平均误差为26 cm，y轴最大平均误差为24 cm，超过目前大多数井下人员定位系统精度。
关键词

井下人员定位5G+UWB惯导技术卡尔曼滤波
文章目录

0　引言
1 5G通信、UWB定位与惯导技术
1.1无线通信技术
1.1.1 5G技术
1.1.2 UWB技术
1.1.3 5G+UWB融合技术
1.2 定位技术
1.2.1 基于UWB的双向测距技术
1.2.2 基于到达时间的三边定位算法
1.2.3 惯导技术
2 系统架构及硬件设计
2.1系统架构
2.2 硬件设计
2.2.1 基站设计
2.2.2 身份标识卡设计
3 基于UWB融合惯导的井下定位算法
3.1 基于惯导的人员位置估计算法
3.2 基于卡尔曼滤波的UWB位置估计与惯导人员位置估计融合
4 系统测试及误差分析
4.1 测试环境与基站布局
4.2 算法测试与分析
4.3 系统定位测试与分析
5 结论
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[1]基于UWB与PDR的井下人员融合定位方法
[2]基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统