用于礦山等極端環(huán)境中的高精度定位算法

佟海濱 陳騰峰 鄧慶緒 蘇憲利

（東北大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽110169）

定位技術(shù)根據(jù)應(yīng)用場景的不同，大體可以為兩種，一種是基于衛(wèi)星信號的室外定位技術(shù)，另一種為室內(nèi)定位技術(shù)［1-3］?；谛l(wèi)星信號的室外定位技術(shù)，例如北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，由于衛(wèi)星信號的穿透性較弱而無法被應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境。室內(nèi)定位技術(shù)一般需要鋪設(shè)已知坐標(biāo)的基站作為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，待定位目標(biāo)（如工人、車輛等）佩戴電子標(biāo)簽后，電子標(biāo)簽與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的無線通信會提供某種特征信息，例如時間、信號強(qiáng)度等，這些特征信息可以反映出標(biāo)簽與信標(biāo)的相對坐標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，通過一些定位算法（例如三邊定位）實(shí)現(xiàn)對電子標(biāo)簽的定位［4-6］。

在金屬礦山、煤礦這類環(huán)境中，災(zāi)害伴隨著整個開采過程。在該類環(huán)境中，人的安全無疑是最重要的，因而針對礦井作業(yè)人員位置的監(jiān)控與管理，是礦井重大災(zāi)害防控的重要工作。例如當(dāng)檢測到災(zāi)害將要發(fā)生時，迅速定位附近的工作人員并警告其離開；當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時，尋找災(zāi)害波及的員工及其位置。該類功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是室內(nèi)技術(shù)，對于確保井下作業(yè)的安全性具有重要作用［7-8］。

但是在該類環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精確定位需要面對很多極端情況，例如濃度極高的粉塵或灰塵、超過90%的空氣濕度、大型電力設(shè)備的電磁干擾、金屬礦脈對地磁環(huán)境的影響以及大型礦車、彎曲巷道或設(shè)備對信號的阻擋。當(dāng)前定位技術(shù)在該類環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)高精度定位。該類環(huán)境對于定位精度的干擾方式主要可以分為3 類［9］：首先是多路徑折射，它是指無線信號被發(fā)送出后，可能會由于遮擋、反射等因素，導(dǎo)致信號通過多個路徑到達(dá)接收端，這對基于信號強(qiáng)度的室內(nèi)定位算法造成的干擾極大［10］，超寬帶通信已經(jīng)對此類干擾有了成熟的解決方案；其次，障礙物遮擋導(dǎo)致的非視線情況（NLoS）的通信，信號經(jīng)過NLoS傳輸，會導(dǎo)致信號衰減、增加時間延遲，甚至直接導(dǎo)致信號中斷，并且在一定程度上還會干擾超寬帶通信對多路徑的識別［11-13］；最后是電磁干擾，它會導(dǎo)致信號強(qiáng)度異?；蛐盘栔袛?。面對上述挑戰(zhàn)，不少研究者嘗試了各種方式來提高在極端環(huán)境中的定位精度［11-12］。超寬帶通信由于能識別多徑信號，并且有很高的時間精度，近年來吸引了領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者們的關(guān)注，不少研究成果已經(jīng)得到了一定程度的商業(yè)應(yīng)用。但由于超寬帶通信極易受到障礙物（NLoS 通信）干擾，會導(dǎo)致基于超寬帶的定位系統(tǒng)在極端環(huán)境中的定位精度大幅下降。識別和消除NLoS通信帶來的干擾是將基于超寬帶的定位算法應(yīng)用于極端環(huán)境所面臨的核心問題，對此，很多研究者提出了相應(yīng)的算法或解決方案［13-15］。如文獻(xiàn)［13］通過試驗(yàn)分析，比較全面地描述了NLoS 傳輸對超寬帶信號的影響，進(jìn)而提出了識別與消除的算法；文獻(xiàn)［14］使用支持向量機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型精確地識別與消除了超寬帶NLoS通信對定位的影響。

由于超寬帶的工作頻率很高，導(dǎo)致其對障礙物的穿透性較弱。在實(shí)際應(yīng)用中，礦山這類極端環(huán)境中存在很多大型設(shè)備、礦車等障礙物，并且很多巷道并非規(guī)范的寬敞直通巷道，存在轉(zhuǎn)彎和不規(guī)范分支路徑情況，在很多情況下，超寬帶信號根本無法穿透巷道壁這類障礙物，導(dǎo)致識別與消除NLoS 通信干擾變得沒有意義。當(dāng)前定位算法最基本的原理為三邊定位［16-17］，即測量待測目標(biāo)與3 個已知坐標(biāo)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，而后組成方程組來計(jì)算目標(biāo)坐標(biāo)。也就是說，計(jì)算待測目標(biāo)的坐標(biāo)需要至少與3個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信，但NLoS可能會造成只有2個或1個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠與目標(biāo)通信的情況，在這種情況下，現(xiàn)階段尚無成熟的解決方案實(shí)現(xiàn)高精度定位。雖然可以通過增加信標(biāo)節(jié)點(diǎn)密度或無線信號的功率來緩解該問題，但無法從根本上解決這一問題。更重要的是，增加信標(biāo)節(jié)點(diǎn)密度就意味著成本的增加，增加無線信號的功率則會極大縮減電子標(biāo)簽的續(xù)航時間，這些因素都會限制室內(nèi)定位技術(shù)在極端環(huán)境中的應(yīng)用。

針對超寬帶定位系統(tǒng)中存在的問題，本研究提出了一種基于目標(biāo)行為分析的定位算法，該算法能夠在短時間內(nèi)僅剩余1個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與標(biāo)簽通信時，也可實(shí)現(xiàn)高精度定位。本研究所提定位算法的核心思想是，使用TOF 算法測距，而后根據(jù)超寬帶通信情況，將定位情形分為兩種：一種是在正常情況下的定位，此時目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠與3 個及以上的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信，可使用最小二乘法實(shí)現(xiàn)定位，同時根據(jù)定位結(jié)果，結(jié)合卡爾曼濾波算法分析與計(jì)算目標(biāo)的移動速度與方向；第二種情況為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)缺失情況，是指能夠與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信并完成測距的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量少于3 個，此時傳統(tǒng)的三邊定位算法無法完成定位，本研究算法根據(jù)目標(biāo)的移動速度與方向，再結(jié)合少量的超寬帶測距信息，計(jì)算環(huán)境中的路徑，實(shí)現(xiàn)高精度定位。通過將該算法部署在一個基于超寬帶通信的定位系統(tǒng)中，并在一個礦山模擬環(huán)境中進(jìn)行測試，討論該算法是否能夠大幅度提高超寬帶定位系統(tǒng)在極端環(huán)境中的定位精度。

1 研究框架

本研究算法基于超寬帶的定位系統(tǒng)，一般至少包含兩種硬件設(shè)備，即電子標(biāo)簽與基站。其中，電子標(biāo)簽由待定位目標(biāo)佩戴，即為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，定位系統(tǒng)則對電子標(biāo)簽進(jìn)行定位；基站為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，布置在需要定位的環(huán)境中，其坐標(biāo)已知。標(biāo)簽與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信時，使用3 條消息［18-19］完成無線信號飛行時間的計(jì)算，進(jìn)而獲得標(biāo)簽與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離。具體測距過程如圖1 所示，標(biāo)簽發(fā)送初始消息，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到消息后發(fā)送響應(yīng)消息，標(biāo)簽接收到響應(yīng)消息后，向信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送最終消息。此過程中會產(chǎn)生4 個重要的時間段：①標(biāo)簽發(fā)送初始消息與接收響應(yīng)消息的時間差Tround1；②標(biāo)簽接收響應(yīng)消息與發(fā)送最終消息的時間差Treplay2；③信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收初始消息與發(fā)送響應(yīng)消息之間的時差Treply1；④信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送響應(yīng)消息與接收消息的時間差Tround2。根據(jù)以上4個時間段，標(biāo)簽與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的無線信號的平均飛行時間Pprop及通信距離（標(biāo)簽與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離）d可進(jìn)行如下計(jì)算：

其中，C為光速，即無線信號的傳播速度。

在定位系統(tǒng)中，一般標(biāo)簽數(shù)量較大，但本研究為了便于分析，假設(shè)定位系統(tǒng)中只有一個標(biāo)簽。標(biāo)簽以1 Hz 的頻率與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信，同時，要求在定位環(huán)境中，標(biāo)簽在任意時刻至少能夠與一個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信并完成測距。在真實(shí)的定位環(huán)境中一般存在固定的行走路徑，定位目標(biāo)在絕大多數(shù)情況下應(yīng)行走在固定的路徑上。本研究設(shè)計(jì)的定位算法要求當(dāng)標(biāo)簽只能夠與一個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信并完成測距時，在其連續(xù)的覆蓋范圍內(nèi)，標(biāo)簽行走的路徑僅存在一個轉(zhuǎn)彎。

2 基于超寬帶的最小二乘算法定位

根據(jù)上述分析，標(biāo)簽可以計(jì)算與每個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離。在理想情況下，可以直接使用三邊定位算法完成標(biāo)簽坐標(biāo)計(jì)算。如圖2所示，但是在實(shí)際情況下，距離的計(jì)算存在誤差，而且可能存在超過3 個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到標(biāo)簽消息的情況，會大幅降低位精度，因此，本研究使用最小二乘法［20-21］提高定位精度。

根據(jù)計(jì)算得到的距離與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，可以得到下式：

式中，( x,y )為待測標(biāo)簽的坐標(biāo)；( xi,yi)為第i 個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；di為標(biāo)簽與第i個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離。

式（2）表示存在n 個方程，將前n-1 個方程分別減去第n 個方程，可以得到由n-1 個方程組成的方程組，用矩陣形式可表示為

上式可以簡化為

式（4）中，當(dāng)A為非奇異矩陣時，表示標(biāo)簽至少能夠與3個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)同行并完成測距，則標(biāo)簽的定位結(jié)果可表示為

3 基于目標(biāo)行為分析的定位

根據(jù)式（5）中矩陣A，可以確定當(dāng)前定位狀態(tài)，上一節(jié)給出了當(dāng)A為非奇異矩陣時的定位狀態(tài)與算法。此外，還有兩種情況，無法通過式（5）求得標(biāo)簽坐標(biāo)：①A 為零矩陣時，表示標(biāo)簽只能與一個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信并完成測距；②A 為非零奇異矩陣，此時表示能夠與標(biāo)簽通信并完成測距的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)超過一個，但它們的坐標(biāo)在一條直線上。這兩種狀態(tài)下，無法進(jìn)行直接定位，本研究基于目標(biāo)行為分析，輔助完成定位。

3.1 目標(biāo)行為

目標(biāo)能夠影響定位的行為主要包括兩個方面，一個是速度，另一個為移動方向，本研究使用一個二維向量表示目標(biāo)在二維地圖中的速度與方向?？梢栽诔瑢拵Фㄎ恍Ч^好情況獲取該狀態(tài)值，即當(dāng)式（5）中A為非奇異矩陣時，使用最小二乘法計(jì)算得到目標(biāo)坐標(biāo)。根據(jù)坐標(biāo)差與時間，可以計(jì)算該過程的平均速度，本研究將該速度視為當(dāng)前速度的觀測值Zt：

其中，Xt、Xt-1分別為t、t-1 時刻通過超寬帶計(jì)算得到的目標(biāo)二維坐標(biāo)向量。

為提高預(yù)估速度向量的精度，本研究采用卡爾曼濾波器對其進(jìn)行實(shí)時濾波。對于速度向量的卡爾曼濾波器，首先需要明確其預(yù)測與測量過程。預(yù)測過程是根據(jù)目標(biāo)上一時刻狀態(tài)，結(jié)合控制量來預(yù)測當(dāng)前狀態(tài)的過程。但在定位系統(tǒng)中，目標(biāo)的控制量主要是加速和轉(zhuǎn)向的過程，但大多數(shù)定位系統(tǒng)無法獲取該變量。本研究將對目標(biāo)速度向量進(jìn)行卡爾曼濾波的系統(tǒng)預(yù)測控制量設(shè)置為0，主要基于：①目標(biāo)的移動在大多數(shù)情況下為勻速直線運(yùn)動；②為系統(tǒng)預(yù)測過程加入高斯白噪聲模型，使得當(dāng)目標(biāo)的速度和方向發(fā)生較小范圍變化時，卡爾曼濾波器能夠輸出正確的濾波結(jié)果；③卡爾曼濾波器同樣重視測量值，當(dāng)目標(biāo)發(fā)生較大轉(zhuǎn)彎或變速時，測量值和預(yù)測噪聲的設(shè)置能夠使濾波器輸出相對正確的結(jié)果。帶有噪聲的系統(tǒng)預(yù)測過程可表示為

帶有噪聲的系統(tǒng)觀測方程可表示為

根據(jù)以上設(shè)定，可以通過以下步驟迭代完成卡爾曼濾波。首先是預(yù)測過程：

式中，Pt-1為t-1 時刻的后驗(yàn)估計(jì)協(xié)方差矩陣；是根據(jù)t-1 時刻的協(xié)方差矩陣估計(jì)的t 時刻協(xié)方差矩陣是根據(jù)t-1 時刻狀態(tài)，通過系統(tǒng)方程預(yù)估的t時刻狀態(tài)，屬于濾波過程的中間變量。

而后是更新過程：

式中，I 為單位矩陣；Kt為卡爾曼增益矩陣，屬于濾波過程的中間變量，為卡爾曼濾波器提供初始狀態(tài)與協(xié)方差矩陣，即V0和P0。通過式（9）、式（10）即可完成卡爾曼濾波過程。

3.2 目標(biāo)行為輔助定位算法

當(dāng)外部環(huán)境存在干擾導(dǎo)致信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與標(biāo)簽之間能夠?qū)崿F(xiàn)測距的數(shù)量少于3個時，可以通過目標(biāo)行為進(jìn)行輔助定位，本研究將這種情況細(xì)分為兩類。

3.2.1 當(dāng)A為非0奇異矩陣

當(dāng)A 為非0 奇異矩陣時，表示能夠與標(biāo)簽通信并完成測距的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量至少有兩個，且他們分布在同一條直線上。由于超寬帶測距精度較高，超寬帶定位依舊能夠使用并提供較高的定位精度。首先通過上述計(jì)算的速度向量預(yù)測標(biāo)簽當(dāng)前位置二維坐標(biāo)Xt，

式中，Δt為時刻t-1到t的時間差。

而后選擇距離該位置最近的兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，可得如下方程組：

式中，( x1,y1)和( x2,y2)分別為兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

求解式（12）能夠得到兩個結(jié)果，可選擇距離Xt最近的坐標(biāo)值作為計(jì)算結(jié)果。需要注意的是：當(dāng)標(biāo)簽與相應(yīng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)處于一條直線或近似一條直線上時（情形一），該算法可能導(dǎo)致較大誤差；反之（情形二），該算法定位效果較好（圖3），因而需要將信標(biāo)節(jié)點(diǎn)盡量布置在定位環(huán)境外側(cè)。

3.2.2 當(dāng)A為0矩陣時

當(dāng)A 為0 矩陣時表示只有一個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)與標(biāo)簽的通信與測距，此時超寬帶定位算法無法提供可參考的定位結(jié)果，即使考慮目標(biāo)的移動速度與方向，所給出的坐標(biāo)位置范圍也很大。此時的定位算法包括兩個方面，一是路徑探測，二是定位，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時，表現(xiàn)為兩個獨(dú)立運(yùn)行的線程。

首先，關(guān)于路徑探測，該功能是在目標(biāo)進(jìn)入僅有一個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠與標(biāo)簽完成測距的區(qū)域（以下簡稱“單信標(biāo)區(qū)域”）啟動，走出單信標(biāo)區(qū)域時結(jié)束。此時，依靠出入單信標(biāo)區(qū)域時的兩個坐標(biāo)和目標(biāo)的速度向量來探測該區(qū)域的路徑。由于事先約定在所有單信標(biāo)區(qū)域只存在一個路徑的拐點(diǎn)，因而路徑探測問題可以歸結(jié)為求解該拐點(diǎn)的坐標(biāo)（圖4）。

假設(shè)該拐點(diǎn)坐標(biāo)為( px,py)，可得到如下方程組：

式（13）中，第一個方程表示拐點(diǎn)與出入點(diǎn)之間的距離等于行走的總路徑長度，第二個、第三個方程表示拐點(diǎn)位于標(biāo)簽進(jìn)入時的方向上。

由于超寬帶定位與速度估計(jì)都存在誤差，導(dǎo)致單次的路徑探測存在較大誤差。因此，本研究在定位過程中會持續(xù)收集出入口坐標(biāo)與拐點(diǎn)坐標(biāo)，將它們的均值作為最終的路徑，可見，隨著定位系統(tǒng)運(yùn)行時間越長，路徑探測精準(zhǔn)度越高。

在定位方面，由于有了路徑，所以速度向量的方向因素可以忽略。以信標(biāo)節(jié)點(diǎn)為圓心，距離為半徑，與路徑的交點(diǎn)或最近的位置為目標(biāo)坐標(biāo)。符合該要求的坐標(biāo)可能有多個，根據(jù)速度矢量與路徑，并基于上一時刻的位置來迭代預(yù)測當(dāng)前時刻的位置，選擇與該位置最近的坐標(biāo)為最終結(jié)果。

上述多種情況的定位結(jié)果都可以使用卡爾曼濾波器進(jìn)一步提高精度，即以計(jì)算結(jié)果作為觀測值，控制狀態(tài)為0的系統(tǒng)迭代過程。

4 試驗(yàn)分析

本研究將該算法部署在一個基于超寬帶的室內(nèi)定位系統(tǒng)上對其性能進(jìn)行驗(yàn)證。該定位系統(tǒng)采用dw1000 芯片實(shí)現(xiàn)超寬帶通信，使用信號放大器可以實(shí)現(xiàn)超過230 m 的視距通信距離，標(biāo)簽以1 Hz的頻率發(fā)送定位信息，并使用基于信號飛行時間的算法完成與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的測距。試驗(yàn)環(huán)境為作者所在大學(xué)內(nèi)的一處公園，為模擬礦山等極端環(huán)境對通信造成的各種干擾，試驗(yàn)環(huán)境中存在樓宇與大型模型，它們類似礦山環(huán)境中的大型工程設(shè)備或車輛，會完全阻斷超寬帶信號的傳輸。環(huán)境中存在較多的樹木，會對信號造成衰減并干擾定位精度，但信號未被完全阻斷，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與標(biāo)簽依舊能夠完成測距。

在該環(huán)境中部署了3 個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，如圖5 所示。由于上所述干擾源的存在，使得定位環(huán)境中存在很多未能被信標(biāo)節(jié)點(diǎn)覆蓋的區(qū)域，該類區(qū)域無法滿足傳統(tǒng)超寬帶定位算法中最少需要3 個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信的要求。其中，信號覆蓋情況可以分為3 類：①標(biāo)簽?zāi)軌蚺c3個及以上信標(biāo)節(jié)點(diǎn)完成通信與測距；②標(biāo)簽?zāi)軌蚺c2個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)完成通信與測距；③標(biāo)簽僅能夠與1 個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)完成通信與測距。本研究布置的3個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)中，由于障礙物的遮擋，每個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)都存在信號覆蓋不到的區(qū)域，圖中使用不同顏色的陰影表示不同基站無法覆蓋到的區(qū)域。即，如果某個區(qū)域沒有陰影覆蓋，則表示該區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽?zāi)軌蚺c三個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信，如果有一種顏色的陰影覆蓋，則表示該區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽?zāi)軌蚺c兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信，如果有兩個顏色的陰影同時覆蓋，則表示該區(qū)域的標(biāo)簽僅能夠與一個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信。

由于本研究算法需要實(shí)時數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，故以相同軌跡行走了5 次。定位結(jié)果如圖6 所示，分析可知：傳統(tǒng)的超寬帶定位算法中，當(dāng)能夠與標(biāo)簽完成測距的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量少于3 個時，無法完成定位；從第2 次行走開始，由于第1 次行走收集了訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并完成了路徑計(jì)算與速度預(yù)估，因而能夠計(jì)算得到定位結(jié)果，而且隨著行走次數(shù)越多，定位精度越高，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，當(dāng)行走次數(shù)達(dá)到5次時，且定位標(biāo)簽在單信標(biāo)節(jié)點(diǎn)區(qū)域不回頭的情況下，基于目標(biāo)行為分析的定位結(jié)果在單信標(biāo)節(jié)點(diǎn)區(qū)域的平均誤差為0.93 m，最大誤差為1.41 m，在2 個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)測距的區(qū)域，平均誤差為0.64 m，最大誤差為1.2 m。

5 結(jié) 語

傳統(tǒng)的基于超寬帶通信的高精度室內(nèi)定位算法，在解決非視線傳輸帶來的信號衰減、延遲等干擾時，主要通過識別與消除這種干擾的方法來提高精度。但是，超寬帶通信的頻率非常高，導(dǎo)致其信號穿透性較差，因此，在大多數(shù)情況下，障礙物造成非視線傳輸時，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與標(biāo)簽之間根本無法實(shí)現(xiàn)通信。這意味著在該類情況下，識別與消除非視線傳輸帶來的干擾變得不可行。當(dāng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)缺失時，即能夠與標(biāo)簽通信并完成測距的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量少于3個時，傳統(tǒng)的三邊定位算法無法實(shí)現(xiàn)定位。本研究所提出的定位算法，能夠預(yù)估目標(biāo)在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)缺失區(qū)域的行走路徑、速度、拐點(diǎn)等信息，再結(jié)合少量的超寬帶測距信息，來計(jì)算該類區(qū)域中的目標(biāo)坐標(biāo)。該定位算法基于超寬帶通信，使用信號飛行時間計(jì)算標(biāo)簽與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離。將該算法部署在了一套超寬帶系統(tǒng)上，并在一個模擬礦山環(huán)境中進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果證明：本研究所提算法在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)缺失的區(qū)域中，當(dāng)路徑中僅存在一個拐點(diǎn)時，能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的定位，當(dāng)目標(biāo)在該區(qū)域返回時會導(dǎo)致定位精度下降，此外，該算法也無法處理區(qū)域內(nèi)路徑存在多個拐點(diǎn)或多路徑的問題。因此，后續(xù)將進(jìn)一步開展研究，實(shí)現(xiàn)多路徑、多拐點(diǎn)情形下的路徑探測與高精度定位。