[實(shí)用新型]基于擴(kuò)頻技術(shù)的煤礦井下精確測(cè)距裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320877855.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN203632662U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫繼平;蔣恩松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): H04B1/69
• 分類號(hào): H04B1/69;H04B1/7073;E21F17/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線電測(cè)距裝置，具體是一種基于直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)的井下測(cè)距裝置，屬無(wú)線電定位技術(shù)領(lǐng)域，適用于煤礦井下工作人員位置信息的測(cè)定。

背景技術(shù)

我國(guó)地下開采煤礦的煤炭產(chǎn)量約占95％，煤礦開采工作主要是由人工完成，有一定的危險(xiǎn)性，建立一個(gè)適合我國(guó)煤炭發(fā)展?fàn)顩r的井下人員無(wú)線定位系統(tǒng)，對(duì)于保障礦井下工作人員的人身安全具有重要意義。礦井井下人員定位系統(tǒng)一般采取的是基于測(cè)距的定位算法，其核心技術(shù)就是測(cè)距技術(shù)，定位的精度完全取決于測(cè)距的精度，測(cè)距精度越大，則定位越精確。目前，我國(guó)的井下人員定位系統(tǒng)主要采取接受信號(hào)強(qiáng)度指示(Received?Signal?Strength?Indicator，RSSI)的測(cè)距方法，由于井下無(wú)線電信號(hào)容易被干擾，多徑效應(yīng)嚴(yán)重，現(xiàn)行的人員定位系統(tǒng)定位的可靠性不高，達(dá)不到精確定位的要求。因此，如何在井下這種惡劣的電磁環(huán)境下設(shè)計(jì)可靠的精確測(cè)距裝置是一個(gè)重要課題。而擴(kuò)頻測(cè)距技術(shù)由于其抗干擾能力強(qiáng)、時(shí)間分辨率高，能取得理想的測(cè)距精度，將其應(yīng)用于煤礦井下人員定位系統(tǒng)能夠有效解決井下電磁干擾的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了解決井下電磁干擾嚴(yán)重所引起的定位精確度低的問(wèn)題，降低擴(kuò)頻測(cè)距系統(tǒng)的復(fù)雜性，本實(shí)用新型提供一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的煤礦井下精確測(cè)距裝置，該裝置無(wú)專門的解擴(kuò)電路，能夠在粗同步的過(guò)程中直接得到更高的時(shí)間分辨率，降低了裝置設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。裝置具有實(shí)用性，適用于煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)。

技術(shù)方案

一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的煤礦井下精確測(cè)距裝置，裝置包括通信控制器和無(wú)線應(yīng)答器，通信控制器外部具有定向天線、字符型液晶顯示模塊、4×4的按鍵矩陣、USB接口、RS-485接口和以太網(wǎng)接口，按鍵矩陣包括10個(gè)數(shù)字鍵和6個(gè)功能鍵，通過(guò)功能鍵能夠確定通信控制器的工作狀態(tài)和選擇其工作模式；通信控制器通過(guò)通信接口能與井下通信基站、監(jiān)控分站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，既能作為井下人員手執(zhí)便攜設(shè)備單獨(dú)使用，也能作為井下通信基站、監(jiān)控分站的一個(gè)有機(jī)組成部分；無(wú)線應(yīng)答器可附置于井下設(shè)備或佩戴于井下人員身上；通信控制器通過(guò)向無(wú)線應(yīng)答器發(fā)射PN碼調(diào)制的擴(kuò)頻詢問(wèn)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)無(wú)線應(yīng)答器反射回通信控制器，與本地發(fā)射PN碼相關(guān)解擴(kuò)，獲得應(yīng)答信號(hào)PN碼滯后于發(fā)射信號(hào)PN碼的相位，測(cè)得二者之間的距離量。

通信控制器主體包括雙工器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、FPGA處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、有源晶振；FPGA處理器內(nèi)部的編碼器和發(fā)送PN碼產(chǎn)生模塊分別通過(guò)I／O口與發(fā)射機(jī)連接，完成詢問(wèn)信號(hào)的擴(kuò)頻調(diào)制和射頻調(diào)制；發(fā)射機(jī)與連接有定向天線的雙工器連接，將詢問(wèn)信號(hào)發(fā)射出去；無(wú)線應(yīng)答器接收到此詢問(wèn)信號(hào)，由該詢問(wèn)信號(hào)攜帶的ID信息確認(rèn)身份后，將此詢問(wèn)信號(hào)反射回通信控制器；雙工器與接收機(jī)連接，完成所接收的反射信號(hào)解調(diào)，形成數(shù)字基帶信號(hào)；接收機(jī)通過(guò)I／O口與FPGA處理器內(nèi)部的同步相關(guān)模塊相連，完成接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)的PN碼相關(guān)解擴(kuò)。

所述的無(wú)線應(yīng)答器采取無(wú)搜索跟蹤的同步方式對(duì)所接收的詢問(wèn)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，其組成包括：雙工器、分路器、2個(gè)調(diào)頻放大器、中頻濾波器、2PSK解調(diào)器、可變延遲器、定時(shí)器、數(shù)據(jù)比較器、開關(guān)器、功率放大器，主要的功能是將通信控制器發(fā)給本模塊的詢問(wèn)信號(hào)經(jīng)功率放大后反射出去。

所述的接收機(jī)對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行射頻載波解調(diào)，由三級(jí)帶通濾波器、兩級(jí)放大器、2PSK解調(diào)器和二值化處理電路構(gòu)成，將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)化為正電位和負(fù)電位所表示的雙極性數(shù)字基帶信號(hào)。

所述的FPGA處理器，最高工作頻率能達(dá)到400MHz及以上，具有獨(dú)立可編程PLL輸出；所述有源晶振提供FPGA工作時(shí)鐘，所提供的頻率為100MHZ。

所述的發(fā)射機(jī)，對(duì)詢問(wèn)信號(hào)進(jìn)行雙頻率載波調(diào)制，其組成包括：2個(gè)不同頻率的射頻發(fā)生器、擴(kuò)頻調(diào)制器、2個(gè)射頻調(diào)制器及功率放大器。

所述的PN碼序列是由10級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的m序列，碼長(zhǎng)1023位。

所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)有無(wú)線應(yīng)答器的ID號(hào)，可存儲(chǔ)每次測(cè)距的結(jié)果及其它相關(guān)數(shù)據(jù)，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可在LCD顯示屏顯示，也可通過(guò)通信通信控制器的通信接口與其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，供其它設(shè)備使用。

本實(shí)用新型有以下5點(diǎn)有益效果。

1.抗多徑干擾能力突出，發(fā)射功率低。擴(kuò)頻技術(shù)具有較強(qiáng)的抗多徑干擾能力，將擴(kuò)頻技術(shù)引用到煤礦井下，能夠有效解決礦井空間狹窄，多徑損耗嚴(yán)重的問(wèn)題。另外，由于擴(kuò)頻技術(shù)增加了信號(hào)帶寬，可以減少信號(hào)的發(fā)射功率，能夠達(dá)到煤礦井下設(shè)備本質(zhì)安全的要求。因此，本實(shí)用新型是實(shí)現(xiàn)煤礦井下精確測(cè)距的一個(gè)可行的技術(shù)方案。