[发明专利]基于相对信号强度的矿井人员与移动设备定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井移动目标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。井上常用的定位方法有：到达角度定位(Angle Of Arrival，AOA)，到达时间定位(Time Of Arrival，TOA)，到达时间差定位(Time Difference Of Arrival，TDOA)，接受信号强度指示定位(Received Signal Strength Indication，RSSI)和射频识别技术(RFID，Radio Frequency Identification)等方法。到达角度定位有定位死角，分站天线复杂，成本高，维护工作量大，不宜用于矿井人员定位。到达时间定位需定位设备与分站、分站与分站之间严格同步，系统同步困难，晶振稳定性要求高，系统复杂，成本高，特别是定位设备成本高，不宜用于矿井人员定位。到达时间差定位不需定位设备与分站同步，但需分站与分站之间严格同步，系统同步困难，晶振稳定性要求高，成本较高，特别是定位设备成本高。接受信号强度定位系统简单，成本低，但受巷道信号衰减、人体等遮挡、发射功率、接收灵敏度等影响，误差大。特别是人体等遮挡衰减对定位影响，随机变化，难以解决。目前矿井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。其它定位方法主要有到达角度、到达时间、到达时间差和信号强度等。

基于以上原因，为保证矿山安全生产，需要一种更适合井下巷道环境的更加准确的定位方法。

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定位方法，可有效避免使用电磁波绝对场强定位受不同巷道环境信号衰减特性不一致、人体等遮挡、发射功率、接收灵敏度等因素影响，保证定位稳定性和定位精度。本发明的定位方法通过井上监控中心设备和井下具有无线通信功能的分站对使用定位设备的井下工作人员和移动目标实现稳定准确地定位，具体步骤包括：

1.在巷道内按小于等于L/2间距设置分站，L为定位设备无线传输距离；分站天线设置在巷道顶部，在巷道分支和急拐弯处增设分站，除出入口等特殊区域外，保证定位设备在任意位置发射的电磁波至少有4个分站接收到。

2.在所有两分站之间选N点进行标定，在无人体遮挡的条件下在定标点使用定位设备向附近的分站发送检测信号，记录定标点位置和各分站接收到的此信号的绝对信号强度，根据记录生成位置与绝对信号强度对应表。

3.计算各分站的绝对信号强度与距离较远两分站绝对信号强度的和之比，生成位置与相对信号强度对应表。

4.定位设备自动定时发送信号；对定位设备定位时，根据各分站编号及分站接收到的定位设备信号的绝对信号强度判断定位设备的位置区域。

5.根据各分站接收到的定位设备信号的绝对信号强度运算得到各分站相对信号强度，查经第3步得到的位置与相对信号强度对应表，得到定位设备的多个位置数据，若表中无对应数据用插值计算得到。

6.求第5步得到的定位设备多个位置点的每个坐标轴值的算数平均值，得到一个新坐标点，如所有位置点与新坐标点的距离差均小于设定值，将此新坐标点作为定位设备实际位置；否则去除差值最大的位置点，以其余位置点的每个坐标轴值的算数平均值组成的坐标作为定位设备实际位置。

附图说明

图1定位系统示意图。

图2分站硬件示意图。

图3定位设备硬件示意图。

图4分站与定位设备位置示例图。

图5位置与相对信号强度对应表标定步骤示意图。

图6对定位设备的定位步骤示意图。

图7线性插值法位置运算示意图。

具体实施方式

所述定位方法由井下定位系统实现定位，如图1所示实施例中，定位系统组成包括：

管理子系统、有线网络子系统和无线网络子系统。有线通信子系统是整个定位系统的骨干通信网络，以矿用光纤为主要传输介质。

管理子系统包括：