[发明专利]一种基于信号相对场强的井下定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下位置的检测运算方法，该方法涉及无线电通信、测距和定位技术等领域。

背景技术

井下定位是安全生产的重要措施。多年来人们采用各种方法对井下人员位置进行检测。常用的定位方法有：接受信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)，测量到达角度(Angle OfArrival，AOA)，测量到达时间(Time OfArrival，TOA)，测量到达时间差(Time Difference Of Arrival，TDOA)和射频识别技术(RFID，Radio Frequency Identification)等方法。

目前实际使用以射频识别技术(RFID)为主，RFID利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。与其它接触式识别技术不同，RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可实现对人员或物体在不同状态下的自动识别和位置监测。典型的射频识别系统主要包括射频卡和读写器两部分。使用RFID具有以下问题：

1.定位精度受读写器分布密度限制，只能实现区域定位，不能做到误差为几米的精确定位；

2.受RFID读写速度限制，不能处理多人同时快速通过读卡系统的情况，易出现漏读。

信号强度指示(RSSI)方法是目前GSM，CDMA、3G移动网络及WiFi网络采用的主要定位方法，它根据无线信号的传输损耗模型计算移动节点与锚节点问的距离。移动节点接收到的信号强度随距离发射机的位置变化而变化，即移动节点距离发射机距离越近，接收到的信号强度越强，反之，移动节点距发射机越远，接收到的信号强度越弱，RSSI定位方法便是利用这一特性，将测得的信号强度转换为距离值，再经过滤波确定最终定位结果，RSSI方法简单易实施。但无线信号的传输损耗模型受环境影响巨大，所以一般RSSI定位系统往往必须依靠增加锚节点的密度和通过全局优化算法来控制单方向上的定位误差，但井下环境多为隧道组成的线状环境，无法得到平面上其它方向的场强数据，定位误差较大，所以需要一种更适合井下巷道环境的更加准确的RSSI定位方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种更适合井下巷道环境的更加准确的定位方法，通过井上服务器及井下定位参考点对使用专用定位装置的井下工作人员和移动目标实现准确的定位，便于安全生产管理人员调度管理，并在矿井发生灾害时，为救援人员提供较准确的人员位置信息，以提高救援效率和被困人员的获救概率。在井下各巷道内间隔一定距离安装的定位系统的无线信号发射设备作为定位参考点，并设定井下巷道由定位参考点问的直线段连接而成；任何定位装置可同时与两个以上的定位参考点通信，定位方法的具体步骤如下：

1.定位装置定时向所在巷道内的距离最近的两个定位参考点发送检测信号，当定位参考点设备接收到检测信号时将此信号强度和自身位置坐标回复给定位装置或上传至井上计算机。

2.设定位装置或井上计算机收到的定位参考点发回的信号绝对强度分别为p₁，p₂，坐标分别为(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)，定位装置距定位参考点1m远时测得的接收信号的绝对强度常数为A，解由定位参考点两个场强的比值等于定位装置距两定位参考点的距离比值公式、定位装置距两定位参考点之和等于两定位参考点的距离公式组成的方程组，

得到定位装置距两定位参考点的距离s₁，s₂。

3.解由定两定位参考点坐标的直线两点式公式、定位装置距其中一个定位参考点的直线距离公式组成的方程组，可得到两个坐标值；根据定位装置坐标位于定位参考点之间的条件判断得到定位装置实际坐标，从而实现对定位装置的定位。

附图说明

图1定位系统示意图。

图2定位参考点硬件示意图。

图3定位装置硬件示意图。

图4定位装置定位方法步骤示意图。

图5定位装置距离运算示意图。

图6定位装置位置运算示意图。

具体实施方式