[发明专利]敲击声矿难救援定位系统

权利要求书

1.敲击声矿难救援定位系统，其特征是系统的每个定位测量点由信号采集模块、信号频段分割模块、频段优先级选择模块、求救点定位计算模块和数据无线传输模块五部分组成，每个定位测量点是一个独立系统，负责有效范围内的求救信号定位工作，或由若干个定位测量点形成搜寻网络，覆盖整个探测区域，所有定位测量点数据无线传输到救援指挥中心，所有测量点结构相同，以下表述针对一个定位测量点：

信号采集模块，由三个矢量振动加速度计组成，以下简称传感器A、传感器B和传感器C，每个矢量振动加速度计可以同时测量x、y、z三个方向的振动加速度，以传感器A为基准，传感器B的z方向与传感器A的z方向一致；且x方向与传感器A的x方向成45度角；传感器C的x方向与传感器A的x方向一致，且z方向与传感器A的z方向成45度角，采用这种结构，实现单点测量对敲击声信号源的定位，三个传感器各自三个方向共9路信号，本发明将9路信号分别称为Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz、Cx、Cy、Cz，这9路信号经前置放大后传输给信号频段分割模块，即三个传感器总计9路输出与信号频段分割模块相连；

信号频段分割模块，由27个带通滤波器组成，应用带通滤波器将每一路信号都分为1kHz～5kHz、100Hz～1kHz、10Hz～100Hz三个频段，并进行包络检波，相同频段内的9路信号同步相加，形成该频段总路信号，每个频段的总路信号和本频段原9路信号构成一个信号集合，分别称之为高频信号集、中频信号集和低频信号集，并在各种信号集内各路信号名称前相应冠以字母“H”、“M”和“L”，以示区别，三个信号集共30路信号的每一路均分为两个支路，一路送入频段优先级选择模块，另一路通过电子开关与求救点定位模块相连；

频段优先级选择模块，由电压比较器和电子开关电路组成，依据各个信号集合的强度，通过设定的阈值，按高频、中频和低频的优先级顺序，形成频段选择指令，控制电子开关，使被选定的频段信号集合开关导通，将该信号集合送入求救点定位计算模块；

求救点定位计算模块，由ATMEGA16单片机构成；

无线数据传输模块，由MC55芯片承担，将结果无线传输至救援指挥中心。

2.按权利要求1所述的敲击声矿难救援定位系统的信号处理方法，其特征是：

(1)采集到的信号首先进行频段分割，并优先使用信号的高频成分，当信号源距离较远时，信号高频成分强度不够，则依次选用信号的中频成分和低频成分；

(2)应用测量区域纵波和横波声速资料，通过纵波与横波的时间差，求得求救信号源与传感器的距离L；

(3)根据Ay与Ax之比以及By与Bx之比，确定声源在x-y平面上的方位线，进而，将声源定位在z方向与其x-y平面上的方位线所在平面内，以测量点为圆心，以L为半径的圆周上；

(4)根据Az与Ay之比以及Cz与Cy之比，确定声源在y-z平面上的方位线，进而，将声源定位在x方向与其y-z平面上的方位线所在平面内，以测量点为圆心，以L为半径的另一个圆周上；

(5)由(3)和(4)两步所得的两个圆周的地下交点，即为求救信号源位置；

(6)算出求救信号源位置坐标，并将结果通过数据无线传输模块传输至救援指挥中心。