管廊中超宽带定位研究及软件设计

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随着导航定位和无线通信技术的发展,超宽带定位技术在管廊中的应用受到了更加广泛的关注。针对管廊内部复杂环境带来的定位精度降低,以及管廊实时监控、人员管理、安全保障等定位服务软件需求,开展了超宽带定位技术研究和软件设计。本文首先分析了管廊定位系统的技术需求和指标。基于到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的极大似然估计定位算法在管廊环境的实际测试中,由于锚点数量少或者部署位置不合理,会导致部分区域出现较大的定位偏差。通过理论分析得到算法产生偏差的原因,并进一步仿真得到可能出现偏差的区域。为了消除偏差,利用管廊环境和物体运动状态作为先验知识辅助算法选解,同时加入卡尔曼滤波,提高了实际定位精度,并且在管廊环境下进行仿真测试和实际应用测试。针对管廊这种特定环境,研究了锚点部署方式对定位精度的影响。先在给定点情况下通过TDOA的克拉美罗下界公式分析了锚点部署对定位精度的影响因素,并给出定点定位时锚点部署的优化准则。类比定点定位,分析了在给定区域中,锚点的相对位置、倾角、间距对定位精度的影响,并在此基础上给出了成本优化的锚点部署准则。采用B/S架构设计了超宽带(Ultra Wide Band,UWB)上层定位服务软件系统的整体结构,包括位置解算中心、业务服务中心、基于位置的服务中心三层架构,结合三层架构给出数据流图和开发难点。系统具有定位解算、创建和加载地图、设置警戒区域、设置工位、警戒区出入记录、工时记录、标签配置、标签定位记录、锚点信息、锚点状态记录、设备监控等功能,按照功能划分完成了开发工作并展示使用效果。最后,对开发的系统进行了功能测试。重点对警戒区报警、流水线工时统计、改进算法和锚点部署等方面进行了测试。测试结果表明,系统运行正常,定位精度符合要求,满足管廊实时监控、人员管理、安全保障等应用需求。
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