[發明專利]虛擬平面約束下重構一維空間的煤礦井下TOA定位方法

有效

• 申請號: 201610039858.8
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN106997039B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 孫繼平;蔣恩松
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

煤礦井下多徑影響嚴重，造成TOA測距結果具有非零均值的誤差，影響井下定位系統的定位精度。為了解決該問題，提高井下TOA定位系統的定位精度，本發明提供了一種虛擬平面約束下重構一維空間的煤礦井下TOA定位方法：沿巷道延伸方向為x軸，巷道寬方向為y軸，建立測距平面，利用二維虛擬空間y方向的冗余信息重構解點x方向的估計值，重構后測距誤差轉移到解點的y方向，而解點的x估計值受到測距平面約束而向x真實值趨近，減少了x方向的定位誤差，以最終的x估計值作為定位結果，實現巷道內的一維定位。本發明減少了常規定位所需要的基站數，有效挖掘了二維空間的冗余信息，顯著提高定位精度，特別適用于煤礦狹長空間的定位。

技術領域

本發明涉及一種在煤礦井下進行精確定位的方法，具體是通過TOA測距方式獲得移動節點與2個固定基站的距離，將該2個基站確定的定位平面按巷道走向重構一維空間，從而實現在巷道內的精確定位。屬無線電定位技術領域，適用于煤礦井下工作人員及設備定位系統的開發。

背景技術

多數精確定位系統是通過測量到達時間(Time-Of-Arrival，TOA)來獲取發射節點與定位節點之間的距離，換言之，測量TOA是最有效最準確獲取收發雙方距離的方法。擴頻測距是應用廣泛的一種TOA測距方法，它是通過碼相關運算來獲取TOA信息的，然而在煤礦井下多徑環境下，如圖1所示，擴頻碼理想的相關圖呈三角形，而在多徑嚴重的實際情況下呈鐘形，且相關峰明顯延遲。雖然擴頻技術具有突出的抗多徑干擾的能力，但對于這種無線傳播的額外延遲給TOA的測量帶來的測量誤差的情況卻沒有好的解決方法。特別地，這種由于額外延遲造成的測量誤差的均值不為零，而目前很多成熟的定位跟蹤算法要求距離的測量值具有均值為0的測量誤差，因此，研究能夠抑制非零均值測量誤差的定位方法，提高定位精度，無疑對煤礦井下人員定位系統的建設與開發具有重要意義。

發明內容

為了解決煤礦井下嚴重的多徑影響造成距離測量結果有偏移誤差從而影響井下人員定位系統的定位精度問題，本發明提供了一種虛擬平面約束下重構一維空間的TOA定位方法。方法考慮到實際礦井巷道狹長，井下定位系統只需要知道在巷道的哪一段，并不關心該移動點究竟是在巷道中的偏左還是偏右，因此，方法的解決思路是忽略巷道寬度定位信息，將測距誤差轉移到巷道寬方向定位上，從而保證巷道長方向的定位精度。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：將定位基站沿巷道的同一側分布，沿巷道延伸方向設為x軸，巷道寬方向設為y軸，建立測距平面；

所述的定位基站通過TOA測距獲得移動目標與基站的偽距，即帶有測量誤差的距離值；

采用2站測距平面定位，得到測距平面上的2個測量方程，求解所述測量方程所獲得的解點視為虛擬位置估計點，所述的虛擬位置估計點所在測距平面視為虛擬平面；

巷道為狹長空間，忽略其寬度，視為一維空間，利用二維虛擬空間y方向的冗余信息重構解點x方向的估計值，重構后解點的x方向估計值受到測距平面約束而向x真實值趨近，減少了x方向的定位誤差；

丟棄所述重構后解點的y方向估計值，其x方向的值即是對移動目標在巷道位置的估計，從而實現在巷道內的一維定位。

所述的虛擬平面約束下重構一維空間的定位算法，具體包括以下步驟：

(1)在虛擬的測距平面上建立測量方程：i＝1，2；其中，d_i為移動目標與第i個基站的偽距，(x_i，y_i)為第i個定位基站的位置坐標，(x，y)為移動目標的位置坐標；

(2)設置位置估計值中的y值浮動區間：y_mean-dadj*y_dev＜Deltay＜y_mean+dadj*y_dev，其中，Deltay表示y值浮動區間的一個變量，y_mean表示y估值的均值，y_dev表示y估值的方差，dadj是調節系數；設置監視計數器Cmonitor初值為零；

(3)泰勒級數迭代法求解測量方程，得到解點的位置Pv(x，y)