[發明專利]一種礦井動目標測距誤差判定及精確定位方法

有效

• 申請號: 201910315701.7
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN109975753B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 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: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/06;H04W64/00;H04B17/318
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本發明提供了一種礦井動目標測距誤差判定及精確定位方法，將礦井下巷道作為一維通道進行分析，利用已知的定位分站間的距離，由定位卡分別與相鄰定位分站進行測距通信，利用飛行時間數據和信號強度數據，分別進行多次測距，根據飛行時間測距數據和信號強度測距數據的變化速度判定測距數據是否存在誤差并處理，從而得到準確的人員定位卡與定位分站之間距離，實現精確定位。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

本發明涉及一種礦井動目標測距誤差判定及精確定位方法，該方法涉及無線電通信、測距和定位技術等領域。

背景技術

礦井人員定位系統是國務院(國發[2010]23號)要求煤礦和非煤礦山必須裝備的安全避險六大系統之一，在遏制超定員生產等安全生產和應急救援中發揮著重要作用。礦井人員廣泛采用的RFID技術，不能精確定位，難以滿足礦井遇險遇難人員搜尋和車輛傷人等事故防治和應急救援需求。礦井無線電信號傳輸衰減嚴重、無線電傳輸衰減模型復雜多變、衛星定位信號無法穿透煤層和巖層到達井下、礦井定位需覆蓋長達10km的巷道等制約著地面定位技術在礦井應用。國內外進行了無線電波、超聲波、紅外、激光等礦井定位技術研究。超聲波、紅外、激光等定位技術難以非視距定位、目標身份識別和全礦井定位。

井下動目標定位常用的定位方法有：接受信號強度指示(Received SignalStrength Indication,RSSI)，測量到達時間(Time Of Arrival,TOA)等方法。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，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，定位精度低，定位誤差可達幾十米。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。改進的TOA測距方法可抑制系統時鐘同步造成的誤差，降低了系統成本，提高了定位精度，但礦井巷道存在人員、機車、移動機械設備等障礙物，使測距信號發生反射、衍射和散射等非視距傳輸NLOS，進而造成定位誤差。非視距時延誤差是影響礦井定位精度的主要因素，是礦井人員精確定位需解決的瓶頸技術問題。目前國內外主要采用卡爾曼濾波等方法減小非視距定位誤差，然而濾波方法需要大量數據，運算大，系統負擔重，濾波后的誤差仍很大，而且定位實時性較差。所以需要一種新的可發現非視距時延誤差實現井下動目標精確定位的方法。

發明內容

本發明提供了一種井下動目標精確定位方法，在礦井下巷道中間隔一定距離設置定位分站，定位分站為通信距離內的定位卡提供定位服務；在定位區域內定位卡與定位分站進行雙向通信，獲得多組信號飛行時間數據和信號強度數據；根據信號飛行時間數據和信號強度數據分別計算得到定位卡與定位分站距離數據；根據兩次測量的信號飛行時間測距、信號強度測距數據的差的變化量，判定是否有測距誤差；根據判定結果選擇不同的測距算法獲得定位卡與定位分站之間的距離；設定位卡記為M，定位分站記為A，具體步驟包括：

步驟1.M向A發出信號S_MA，并開始計時；

步驟2.當A收到S_MA，向M回復信號S_AM，信號S_AM中包含A收發信息的計時數據T_A1和接收到的S_MA的信號強度；

步驟3.當M收到S_AM，結束計時，記錄S_AM的信號強度，及發收信號的計時數據T_MA1，并計算得到雙向通信的信號飛行時間數據T_MA1-T_A1；

步驟4.M對所有信號強度數據和信號飛行時間數據進行RSSI測距和TOA測距處理，得到M與A之間的兩個信號強度測距數據d_MAR1、d_AMR1，和信號飛行時間測距數據d_T1，式中c為信號傳播速度；