[發(fā)明專利]基于多節(jié)點(diǎn)接力式時鐘同步的封閉空間定位系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811403336.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109618299A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金越海;王彥杰;代伐;陳振騏
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市紐瑞芯科技有限公司
• 主分類號: H04W4/30
• 分類號: H04W4/30;H04W56/00;H04W64/00;H04W84/18;H04J3/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明涉及一種基于多節(jié)點(diǎn)接力式時鐘同步的封閉空間定位系統(tǒng)和方法，屬于封閉空間內(nèi)對目標(biāo)終端精確定位技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括每個封閉空間小區(qū)由以太網(wǎng)相連的一根或多根電纜、多個定位節(jié)點(diǎn)、多個定位終端、一個兼容WIFI協(xié)議的接入點(diǎn)，一個井下網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成的小區(qū)定位網(wǎng)絡(luò)、地面控制中心；該定位節(jié)點(diǎn)基于ToA同步算法進(jìn)行全網(wǎng)同步以實(shí)現(xiàn)定位；該方法使用ToA方法檢測兩個定位節(jié)點(diǎn)之間的距離，此距離信息被前一個節(jié)點(diǎn)用于同步下一個節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)依次接力連接下一個定位節(jié)點(diǎn)從而達(dá)到大型定位網(wǎng)絡(luò)的全網(wǎng)同步。本發(fā)明解決了封閉空間大型定位網(wǎng)絡(luò)缺乏時鐘同步而導(dǎo)致系統(tǒng)容量受限的問題，特別適應(yīng)于特殊環(huán)境封閉空間內(nèi)多移動目標(biāo)的精確定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于封閉空間內(nèi)對目標(biāo)終端精確定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多節(jié)點(diǎn)接力式時鐘同步的封閉空間定位系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

封閉空間內(nèi)隨著目標(biāo)終端和通信通道的不斷增加對多節(jié)點(diǎn)大型定位網(wǎng)絡(luò)的精確定位要求越來越高。現(xiàn)有的封閉空間通信和定位基本分為有線和無線相結(jié)合的主動通過BT(藍(lán)牙)/WiFi(無線局域網(wǎng))通信方式或被動RFID(射頻標(biāo)簽)對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行檢測并傳輸數(shù)據(jù)。目前以被動(RFID)刷卡的方式占多數(shù)，這種方式無法滿足現(xiàn)代技術(shù)的對自動化和智能化的要求。例如在礦井下復(fù)雜多變的客觀環(huán)境和煤礦工業(yè)天然存在的危險性，構(gòu)成了對礦工生命和礦井財產(chǎn)安全的極大威脅。一旦緊急情況如礦難發(fā)生，由于對井下工作人員方位的缺失，往往造成援救不能及時到達(dá)，導(dǎo)致人員生命財產(chǎn)的損失。所以精確的井下定位成為一個急切的需求。與此同時，日益增加的運(yùn)營成本和人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得多節(jié)點(diǎn)大型定位網(wǎng)絡(luò)(如礦井自動作業(yè)和無人駕駛礦車)成為現(xiàn)實(shí)。自動作業(yè)可以減少運(yùn)營成本，同時也為建立智能空間提供了一個有效的解決方案。但是，封閉空間自動作業(yè)也需要多節(jié)點(diǎn)的初始的精確位置為前提。所以高精確定位成為封閉空間一個急切的需求。

礦井封閉空間內(nèi)定位由于特殊的環(huán)境，比如障礙物阻擋，多徑反射和粉塵對信號的衰減，導(dǎo)致這種特殊封閉空間定位具有比普通室內(nèi)定位更大的難度。同時，新的定位需求又提出了更加高的精度要求和容量要求。傳統(tǒng)的基于藍(lán)牙或者Zigbee的定位方法不能夠滿足這些要求，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)的定位誤差較大，可以達(dá)到1米以上，顯然不能滿足定位的精度需求。目前主流的定位法比如基于UWB信號和ToA方法的定位系統(tǒng)存在終端容量受限的缺陷。此系統(tǒng)包含定位節(jié)點(diǎn)(Tag)，定位終端(Terminal)。ToA方法需要定位節(jié)點(diǎn)給定位終端發(fā)送信號，然后定位終端給節(jié)點(diǎn)回傳信號，由節(jié)點(diǎn)計算出坐標(biāo)信息，才能完成一個定位測距過程。這種基于ToA的定位方法不需要節(jié)點(diǎn)之間時鐘同步，但當(dāng)一個小區(qū)內(nèi)終端用戶(如具有定位終端的礦工或者礦車)過多時，這些定位終端可能同時給定位節(jié)點(diǎn)回傳信號，會造成信道擁塞及定位網(wǎng)絡(luò)完全失效。所以基于此種技術(shù)的定位系統(tǒng)是不能支持大容量用戶的。這給此類系統(tǒng)應(yīng)用與煤礦等井下環(huán)境造成了實(shí)際應(yīng)用上的困難，另外還存在一些功能上的不足，比如信號對射頻電路的要求太高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于多節(jié)點(diǎn)接力式時鐘同步的封閉空間定位系統(tǒng)和方法。本發(fā)明系統(tǒng)對已有的定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，使用基于到達(dá)時間差(TDoA)的定位法，節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行時鐘同步，以解決現(xiàn)有的封閉空間大型定位網(wǎng)絡(luò)缺乏時鐘同步而導(dǎo)致系統(tǒng)容量受限的問題。本發(fā)明提出一種基于多節(jié)點(diǎn)接力式時鐘同步的封閉空間定位系統(tǒng)，應(yīng)用于礦井下封閉空間中，封閉空間具有一個或多個獨(dú)立的封閉空間小區(qū)，該系統(tǒng)包括：每個封閉空間小區(qū)由以太網(wǎng)相連的一根或多根電纜、多個發(fā)射寬帶定位信號的定位節(jié)點(diǎn)、多個定位終端、一個兼容WIFI協(xié)議的接入點(diǎn)，一個井下網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成的小區(qū)定位網(wǎng)絡(luò)，還包括各小區(qū)定位網(wǎng)絡(luò)通過以太網(wǎng)相連的地面控制中心；其特征在于，

所述電纜至少包括一根封閉空間縱向設(shè)置的井下供電電纜線，用于安裝定位節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行三維目標(biāo)定位；根據(jù)封閉空間小區(qū)橫向距離的大小，還橫向設(shè)置一根或多根安裝定位節(jié)點(diǎn)的定位電纜；