[發(fā)明專(zhuān)利]基于藍(lán)牙測(cè)距的地下礦井校正定位方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010948968.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112051545A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程森林;武雅迪;楊金玉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S5/14
• 分類(lèi)號(hào): G01S5/14;E21F17/18
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.基于藍(lán)牙測(cè)距的地下礦井校正定位方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：RSSI數(shù)據(jù)二次濾波處理；

S2：基于滑動(dòng)窗口的分段路徑損耗模型的建立；

S3：三角形質(zhì)心定位交點(diǎn)的確定；

S4：融入藍(lán)牙位置信息加以優(yōu)化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙測(cè)距的地下礦井校正定位方法，其特征在于：所述S1具體為：

在藍(lán)牙定位之前對(duì)RSSI采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行二次濾波處理：采用高斯濾波作為初次濾波，剔除數(shù)據(jù)中的粗大誤差；選用卡爾曼濾波作為二次濾波，減少測(cè)量過(guò)程中隨機(jī)誤差對(duì)定位的影響；

隨機(jī)在某點(diǎn)連續(xù)采集150次藍(lán)牙信號(hào)強(qiáng)度值，分別使用高斯濾波、卡爾曼濾波和二次濾波對(duì)RSSI采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙測(cè)距的地下礦井校正定位方法，其特征在于：所述S2具體為：

當(dāng)RSSI測(cè)距原理是根據(jù)藍(lán)牙終端接收到的RSSI值和無(wú)線信號(hào)在空間中的傳播模型，計(jì)算出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)到藍(lán)牙信標(biāo)的距離，Shadowing模型，即對(duì)數(shù)路徑損耗模型如式(1)所示；

其中，P(d₀)和P(d)分別表示藍(lán)牙終端距離藍(lán)牙信標(biāo)d₀和d處所接收到的信號(hào)強(qiáng)度值，單位為dBm；d₀為參考距離，d為接收端距離藍(lán)牙信標(biāo)的實(shí)際距離；n為路徑損耗指數(shù)，n的大小反映信號(hào)強(qiáng)度隨傳播距離變化的速率，主要與傳播環(huán)境有關(guān)；Xσ為遮蔽因子，是一個(gè)均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為σ的正態(tài)隨機(jī)變量；

針對(duì)藍(lán)牙信號(hào)傳播特性，依據(jù)RSSI參數(shù)設(shè)定分段擬合點(diǎn)；假設(shè)擬合模型的有效范圍為[0，a]，通過(guò)滑動(dòng)窗口尋找分段擬合點(diǎn)，計(jì)算滑動(dòng)窗口內(nèi)的離散系數(shù)；當(dāng)離散系數(shù)發(fā)生突變時(shí)，以滑動(dòng)窗口的中值對(duì)應(yīng)的距離作為一個(gè)分段擬合點(diǎn)，然后對(duì)每段進(jìn)行曲線擬合得到擬合路徑損耗模型，如式(2)所示；

其中，RSSI₀(d)，RSSI₁(d)，…，RSSI_n(d)為每個(gè)分段路徑損耗模型，d∈[0，a]；

采用實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)建立信號(hào)傳輸模型，然后計(jì)算建立測(cè)距模型所需數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的距離，并計(jì)算對(duì)應(yīng)誤差。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙測(cè)距的地下礦井校正定位方法，其特征在于：所述S3具體為：

對(duì)兩圓交點(diǎn)進(jìn)行定義，其中兩圓位置關(guān)系共有4種情況，取其近似點(diǎn)來(lái)作為參考交點(diǎn)；

假設(shè)a,b,c為3個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)的坐標(biāo)，其中圓A,B,C為以3個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)為圓心的圓，設(shè)A、B兩個(gè)圓，它們到未知節(jié)點(diǎn)的距離分別為r₁、r₂、r₃，L_ab為a,b圓心之間的距離；選取一個(gè)近似點(diǎn)(x₁，y₁)代表參考交點(diǎn)，然后利用參考交點(diǎn)來(lái)計(jì)算最終未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；

L_ab＝r₁+r₂時(shí)，兩圓唯一交點(diǎn)P作為參考交點(diǎn)的一個(gè)近似點(diǎn)；

L_abr₁+r₂時(shí)，連接a,b圓心分別與兩圓相交于E,F兩點(diǎn)，取EF的中點(diǎn)P作為近似點(diǎn)；

L_abr₁+r₂時(shí)，兩圓相交于E,F兩點(diǎn)，此時(shí)我們將離第三個(gè)圓圓心更近的點(diǎn)作為近似點(diǎn)；

r₁＝L_ab+r₂時(shí)，連接a,b圓心并延長(zhǎng)分別與兩圓相交于E,F兩點(diǎn)，取EF的中點(diǎn)P作為近似點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)牙測(cè)距的地下礦井校正定位方法，其特征在于：所述S4具體為：

在長(zhǎng)方形礦井中，在利用藍(lán)牙信標(biāo)進(jìn)行定位時(shí)，藍(lán)牙信標(biāo)大多部署在墻壁兩側(cè)，由這一特殊條件融入藍(lán)牙位置信息，對(duì)三角形質(zhì)心定位交點(diǎn)確定時(shí)增加一步篩選步驟，從而再一次減小因干擾帶來(lái)的定位不準(zhǔn)確問(wèn)題；在礦井環(huán)境中利用藍(lán)牙進(jìn)行定位時(shí)，藍(lán)牙信標(biāo)大多交錯(cuò)部署，并對(duì)對(duì)應(yīng)的藍(lán)牙信標(biāo)編寫(xiě)序號(hào)；

假設(shè)未知節(jié)點(diǎn)O的坐標(biāo)為(x，y)，在此點(diǎn)接收到了n個(gè)藍(lán)牙信標(biāo)的RSSI值，其中RSSI的選取方式選擇基于RSSI功率的選取方式，將采集的RSSI數(shù)據(jù)按照從大到小的順序排列，RSSI＝[RSSI₁、RSSI₂...RSSI_n],并獲取相應(yīng)藍(lán)牙信標(biāo)的序號(hào)及坐標(biāo)；

另外，在計(jì)算兩圓交點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，交點(diǎn)在礦井墻壁外，則向所選三角形作垂線，取交點(diǎn)作為其近似點(diǎn)；

在圓B、C和圓A、C之間得到另外兩個(gè)參考交點(diǎn)，以參考交點(diǎn)P₁、P₂、P₃為頂點(diǎn)就構(gòu)成一個(gè)三角形，以三角形質(zhì)心來(lái)作為未知節(jié)點(diǎn)O(x，y)的最終位置坐標(biāo)。