[發(fā)明專利]一種基于UWB技術的礦井無人車探測及位置反饋系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-03-15
• 公開（公告）號: CN111479233A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 盧繼華;辛喆;馮立輝;夏兆宇;武祎;高瑞雪;陳佩雨
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/30;H04W4/02;H04W4/40;H04W4/44;H04W4/46;H04W84/18;H04M1/725;G08C17/02;E21F17/18;G01S5/06;G01D21/02
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明涉及一種基于UWB技術的礦井無人車探測及位置反饋系統(tǒng)，屬于無線通信、探測與定位技術領域。無人車系統(tǒng)包括無人車模塊、單參考點定位基站模塊、固定節(jié)點模塊及終端模塊；無人車模塊采集環(huán)境信息，并與所在區(qū)域內(nèi)的單參考點定位基站模塊進行無線通信得到位置信息，最終將環(huán)境信息和位置信息以無線信號的形式傳出；礦井壁上的固定節(jié)點檢測礦井壁的壓力，并將傳來的無線信號傳輸至用戶終端；用戶收到礦井內(nèi)部環(huán)境及位置信息后，從建立的路由發(fā)送指令，控制無人車系統(tǒng)中各個模塊。所述系統(tǒng)能實現(xiàn)自動化和遠程操控，只需一個單參考點定位基站模塊即可對無人車進行定位，無需裝配無線通信基站，降低了部署難度且能對各個模塊進行定向控制。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于UWB技術的礦井無人車探測及位置反饋系統(tǒng)，屬于無線通信、探測與定位技術領域。

背景技術

礦產(chǎn)資源是不可再生資源，是基礎物質(zhì)材料，對于國家經(jīng)濟建設而言非常重要。開采礦產(chǎn)資源成為國家經(jīng)濟建設過程中必不可少的一部分。隨著淺表資源的枯竭,我國在資源開采方面，逐步進入深開采階段。隨著采集深度逐漸加深,可能出現(xiàn)沖擊地壓、瓦斯、突水等突發(fā)情況，對生命財產(chǎn)安全形成巨大的威脅。預測突發(fā)危險對于深部開采的安全可靠運行以及保障礦井工作人員生命安全而言顯得十分重要。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)是目前為止應用最為廣泛的無線定位系統(tǒng)之一。但是GNSS具有很大的局限性。以GPS定位系統(tǒng)為例，抵達地面的衛(wèi)星信號很弱，并且無法穿透密集的建筑物，導致在室內(nèi)、隧道等有障礙物的室內(nèi)環(huán)境下無法進行精準定位。即便是在最理想的無線通信環(huán)境下，民用衛(wèi)星的定位精度也只能達到米級，GPS民用定位的誤差可以達到在5米之內(nèi)，這無法滿足高精度定位的要求。而且，購買定位終端設備的成本也相對較高。而UWB定位技術具有穿透能力強、多徑分辨率高、抗干擾能力強、等優(yōu)點，很適合短距離、高精度的無線定位。

UWB(Ultra Wideband)是一種無載通信技術，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，相較于傳統(tǒng)的窄帶無線通信方式而言有本質(zhì)的區(qū)別。UWB定位過程中，先確定一個參考基站的具體位置，然后，通過已安裝的定位基站得到定位目標上的UWB標簽相對于參照基站的位置信息，最終傳輸給主機，有人稱它是無線電領域中一次革命性進展，認為它可能成為未來短距離無線通信的熱門技術。

作為一種新興的無線傳輸技術，UWB技術在施工監(jiān)控領域有許多優(yōu)點：首先，UWB技術抗干擾能力強，對于其他無線電的干擾有較高的免疫力。因此，UWB技術在室內(nèi)、外及墻體附近的定位需求都變得切實可行：第二，UWB技術能夠?qū)崿F(xiàn)三維動態(tài)定位。UWB定位系統(tǒng)中定位基站的個數(shù)決定定位維數(shù)，一個l0Hz的系統(tǒng)能在幾厘米的分辨率下定位UWB標簽，當有四個或者更多的不同高度的定位基站時可以得到三維的精確定位，不同高度的定位基站的數(shù)量越多，定位精度越高；第三，UWB技術數(shù)據(jù)傳輸速率高，能夠?qū)崿F(xiàn)100Mbps以上的傳輸速率。

當前階段，通過在礦山施工區(qū)域布設定位基站，給礦山人員、礦車、物資佩戴定位標簽，實時精準地定位人、車、物的位置并通過無線傳輸將數(shù)據(jù)上傳到后臺，可以實現(xiàn)對施工人員及車輛的跟蹤定位管理和日常考勤。然而，這種方式下，施工人員仍可能遭遇危險，若在工人進入礦井之前對礦井內(nèi)環(huán)境進行探測，能夠降低深采危險。因此，我們致力于提出一種工作于礦井之中，能夠探測礦井內(nèi)部復雜的環(huán)境信息，并能夠?qū)λ幬恢眠M行高精度定位的無人車系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于進一步提升對礦井內(nèi)部環(huán)境的探測力度，提升探測與定位準確性，提出了一種基于UWB技術的礦井無人車探測及位置反饋系統(tǒng)。