[發明專利]基于回波相干效應的精確定位方法

有效

• 申請號: 201110374526.2
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102505966A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 魏計林;趙寶峰;張天興
• 申請（專利權）人: 太原海斯特電子有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及移動目標定位技術，具體是一種基于回波相干效應的精確定位方法。

背景技術

井下人員定位系統目前已經在眾多煤礦企業得到應用。然而目前的定位系統只是粗略的分區定位，而不具有精確定位功能，即系統只能根據哪一個識別傳感器收到識別卡的回波信號來判定持卡人當前處于該識別傳感器的有效接收范圍內，而無法確定持卡人在該區域內的具體位置。識別傳感器的作用半徑通常都超過100米，并且還在不斷增長中，因此目前這種分區定位方法存在著很大的模糊度。井下人員定位系統的最終目標是要達到無盲區的全覆蓋，為此各種定位系統都在努力提高識別傳感器的作用距離，例如采用泄漏電纜，感應通信等。但隨著作用距離的增長，定位的模糊度也會隨之加大。為減小定位模糊度，提高定位精度，通常采用的方法是增加識別傳感器的密度，但是這種方法必然要以增加設備數量、提高系統造價為代價?；谏鲜龇治?，有必要發明一種全新的井下人員定位技術，以解決在不增加設備數量的前提下顯著提高定位精度的問題。

發明內容

本發明為了解決現有井下人員定位技術定位模糊度大的問題，提供了一種基于回波相干效應的精確定位方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：基于回波相干效應的精確定位方法，該方法是采用如下步驟實現的：（1）設計一種自相關特性良好的檢測波形，并將檢測波形分別植入井下人員定位系統的識別傳感器和識別卡；（2）由識別傳感器周期性地對井下人員攜帶的識別卡發出呼叫信號，識別卡收到呼叫信號后，對識別傳感器發出包含有有用信息和檢測波形的回波信號；（3）識別傳感器收到的回波信號一方面進入識別傳感器的主控單片機進行處理，由主控單片機提取回波信號中的有用信息；另一方面經識別傳感器的高頻芯片解調后串行輸入到相干接收器，由相干接收器不斷移位地接收回波信號，當回波信號移位到特定的往返時延τ時，回波信號中的檢測波形與相干接收器中植入的檢測波形完全重合，相干接收器有峰值輸出；（4）根據往返時延τ計算出識別傳感器與識別卡之間的距離L，由此實現井下人員的精確定位。

所述檢測波形為1bit量化的線性調頻波，如圖1所示。

所述步驟（3）中，往返時延τ由兩部分組成：一部分是識別傳感器的呼叫信號到達識別卡加上識別卡的回波信號到達識別傳感器所需的電波傳輸時間；另一部分是為了防止各個識別卡同時應答發生碰撞而有意加入的延時t₀。

所述延時t₀的具體算法如下：識別傳感器發出的呼叫信號中包含一個整數Q，各個識別卡在0~2^Q-1之間各自取一個隨機數N，并且等待延時t₀后再發出回波信號；各個識別卡每次發出的回波信號中均包含本次應答所取的隨機數N；整數Q由人為設定；所述延時t₀的計算公式如下：t₀=N*T；式中：T為識別卡發出的回波信號的持續時間，為已知常數；所述識別傳感器與識別卡之間的距離L的計算公式如下：L=（τ-t₀）×C÷2；式中：C=3×10⁸米/秒，為電磁波速。

與現有井下人員定位技術相比，本發明所述的基于回波相干效應的精確定位方法基于回波測距原理，實現了井下人員與識別傳感器之間的精確測距。在煤礦井下巷道環境下，人員只能在一維空間中活動，并且識別傳感器的位置是固定且已知的，因此，實現井下人員與識別傳感器之間的精確測距便實現了井下人員的精確定位。由此，本發明所述的基于回波相干效應的精確定位方法顯著提高了定位精度，減小了定位模糊度。

本發明基于回波測距原理，有效解決了現有井下人員定位技術定位模糊度大的問題，適用于煤礦井下的人員定位。

附圖說明

圖1是本發明的檢測波形的示意圖。

圖2是本發明的相干接收器的結構示意圖。

圖3是本發明的相干接收器的工作原理圖。

圖4是本發明的相干接收器的輸出波形示意圖。

具體實施方式

基于回波相干效應的精確定位方法，該方法是采用如下步驟實現的：

（1）設計一種自相關特性良好的檢測波形，并將檢測波形分別植入井下人員定位系統的識別傳感器和識別卡；

（2）由識別傳感器周期性地對井下人員攜帶的識別卡發出呼叫信號，識別卡收到呼叫信號后，對識別傳感器發出包含有有用信息和檢測波形的回波信號；