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随着工业物联网与人工智能技术在煤矿领域的不断应用,煤矿井下人员与设备的位置信息已经成为十分重要的基础信息。目前,多采用WiFi、ZigBee、蓝牙等无线技术实现井下定位,但由于定位精度普遍较差,无法满足煤矿井下对高精度定位日益增长的要求。超宽带(UltraWideBand,UWB)技术具有时间分辨率高、测距精度高、穿透力强、抗多径能力强等优点,是近年来发展起来的高精度定位的先进技术。本文从井下高精度走位需求出发,对基于UWB的井下高精度定位技术展开研究。本文采用基于测距的定位技术,通过对各测距算法的误差分析,选用非对称双边双向测距(Asymmetric Double Sided Two-Way Range,ADS-TWR)算法,该算法消除了测距节点时钟未完全同步对测距精度的影响,同时抑制了因时钟偏移引起的测距误差。基于ADS-TWR在软件上的实现及UWB信号收发芯片DW1000在硬件上的应用,本文设计实现了井下基站标签节点;利用基站标签节点,对DW1000芯片通信参数与测距性能的关系进行具体的实验研究,最终确定了适用于井下高精度定位的参数值,实现了 20cm的测距精度与300m的通信距离。针对井下多基站分布场景,标签的每一次定位都需要向所有基站广播请求帧建立通信连接而产生大量无效通信的问题,本文在高精度测距的基础上,提出了一种基于ADS-TWR的区域判定策略,使得标签只与区域内基站通信便可完成定位,避免标签重复地与未参与定位的基站建立连接,大幅减小通信开销。同时,引入标签的区域异常自检和区域校正机制,保证区域判定的准确性。基于高精度测距和区域判定策略,本文设计了基于UWB的井下多基站定位系统,并在模拟环境下进行实验,通过实验数据分析表明,在高精度测距的基础上,三角形质心算法能够有效削弱测距误差对定位精度的影响,实现精度达15cm的井下定位,并使得定位误差的平均值达到6.144cm,相对于总平均测距误差的11.26cm,降低约 45.4%。