[發明專利]無需時鐘同步的煤礦井下精確定位方法

有效

• 申請號: 201710001086.3
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106597419B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 孫繼平
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種無需時鐘同步的煤礦井下精確定位方法，將礦井下巷道作為一維通道進行分析，采用定位分站+定位卡的系統結構，利用已知的分站間的距離，由相鄰分站分別與定位卡進行測距通信，由定位發起分站完成測距和定位計算，無需定位卡進行任何計時和數據運算，利用已知的分站間的距離可以得到準確的人員定位卡與分站之間距離，實現精確定位。所述精確定位方法使用實施時，分站間、分站與定位卡之間無需時鐘同步，并且可以消除定位設備的時鐘和晶振偏移誤差。所述精確定位方法實現過程簡單，定位速度快、實時性強，具有廣闊的推廣價值。

技術領域

本發明涉及一種無需時鐘同步的煤礦井下精確定位方法，該方法涉及無線電通信、測距和定位技術等領域。

背景技術

《國家安全生產監督管理總局國家煤礦安全監察局關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”的通知》(安監總煤裝[2010]146號)要求建設完善煤礦井下人員定位系統。發揮井下人員定位系統在定員管理和應急救援工作中的作用。“應優先選擇技術先進、性能穩定、定位精度高的產品，確保準確掌握井下人員動態分布情況和采掘工作面人員數量”。井下人員定位常用的定位方法有：接受信號強度指示(Received Signal StrengthIndication,RSSI)，測量到達時間(Time Of Arrival,TOA)，測量到達時間差(TimeDifference Of Arrival,TDOA)和射頻識別技術(RFID，Radio FrequencyIdentification)等方法。到達時間定位TOA需定位卡與分站、分站與分站之間嚴格同步，系統同步困難，晶振穩定性要求高，系統復雜，成本高。到達時間差TDOA定位不需定位卡與分站同步，但需分站與分站之間嚴格同步，系統同步困難，晶振穩定性要求高，成本較高，特別是識別卡成本高。目前礦井實際使用以基于射頻識別技術(RFID)的定位系統數量最大，使用RFID具有以下問題：定位精度受讀寫器分布密度限制，只能實現區域定位,不能做到誤差為幾米的精確定位；受RFID讀寫速度限制，不能處理多人同時快速通過讀卡系統的情況，易出現漏讀。信號強度指示(RSSI)方法是目前Zigbee和WiFi網絡采用的主要定位方法，它根據無線信號的傳輸損耗模型計算移動節點與錨節點間的距離。移動節點接收到的信號強度隨距離發射機的位置變化而變化，即移動節點距離發射機距離越近，接收到的信號強度越強，反之，移動節點距發射機越遠，接收到的信號強度越弱，RSSI定位方法便是利用這一特性，將測得的信號強度轉換為距離預估值，然后將距離預估值與信號強度地圖進行比對分析，再經過濾波確定最終定位結果，RSSI方法簡單易實施。但無線信號的傳輸損耗模型受環境影響巨大，所以一般RSSI定位系統往往必須依靠增加錨節點的密度和通過全局優化算法來控制單方向上的定位誤差，但井下環境多為隧道組成的線狀環境，無法得到平面上其它方向的場強數據，所以當隧道中存在如較大金屬遮擋物等其它影響無線信號傳輸的因素時，定位誤差較大。所以需要一種原理簡單，不需系統時鐘同步的，而且可以消除定位設備晶振偏移等誤差的新的精確定位方法。

發明內容

本發明提供了一種無需時鐘同步的煤礦井下精確定位方法，將礦井下巷道作為一維通道進行分析，采用定位分站+定位卡的系統結構，無需定位卡進行任何計時和數據運算，可有效消除定位卡的時鐘和晶振偏移誤差，利用已知的分站間的距離可以得到準確的人員定位卡與分站之間距離，實現精確定位。所述定位方法如下：

在礦井下巷道中間隔一定距離安裝定位分站，相鄰分站可相互無線通信，分站為通信距離內的定位卡提供定位服務，在定位區域內應保證定位卡可與兩個分站同時進行通信；由分站對通信范圍內的至少1個定位卡發起測距，至少1個相鄰分站不同時對被測定位卡發送定位測距信號，定位卡接收測距信號后，向發送測距信號的分站回復測距信號，分站接收到測距信號的回復信號后記錄從發送到接收測距信號的時間，根據各分站提供的測距信號發收的時間數據和相鄰分站的距離計算得到定位卡與各分站的距離，根據定位卡與各分站的距離及分站位置實現定位。所述的定位方法按照以下步驟進行測距定位：

步驟1.分站A向通信范圍內的移動定位卡M和相同方向上的相鄰分站B發送測距信號；