[发明专利]基于惯性测量单元和无线电低频技术的煤矿定位和通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿定位和通信系统，特别是一种基于惯性测量单元和无线电低频技术的煤矿定位和通信系统。

背景技术

生产安全问题长期以来都是困扰各国煤炭开采的一个难于解决的棘手问题,而煤矿井下无线定位和通信又是这一问题的症结.一套完善的、可靠的井下无线定位和通信系统应用于煤矿地面与井下人员通信,监控和调度井下工作,以及事故发生后的人员搜救,对于煤矿提高效率,安全生产都是极为重要的。近年来国内外一直都致力于探索研发适合煤矿应用的无线定位和通信体系.正在研究和已应用的煤矿通信系统所采用的主要技术手段是基于RFID（射频识别，电子标签）技术的井下网络系统. 这种系统的原理是矿井人员携带着的RDID发射一个简单的信号，由井下事先布置好的RFID 读取器读取信号并对其进行定位。井下的所有读取器都有线或无线连接起来组成一个定位和通信网络，网络中心再跟地面主控室有线连接实现一个地面对矿井人员实时定位和通信的功能。但RFID方法有以下几个主要缺点：

1、作用距离有限：这是由于RFID发射功率小以及RFID和读取器之间一定要直接可视造成的。如果RFID和读取器不能直接可视，那么其定位误差将大大增加，通信距离也要大大减小；

2、由于作用距离有限，井下必须铺设大量的RFID阅读器。但是井下环境恶劣，通信网络架设和维护费用高，系统抗干扰能力差,通信效果不好等等都造成了此类系统造价高稳定性差等弱点；

3、井下瓦斯含量高，安装过多的电子设备造成安全隐患；

4、适应性差：由于阅读器都要事先安装好，对在新开辟的子坑道里的矿井人员来说，他们周围没有阅读器，所以地面就没法对这些人员进行定位和通信。

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有定位精度高、通信可靠性好、系统稳定性和适应性强以及价格便宜的基于惯性测量单元和无线电低频技术的煤矿定位和通信系统。

本发明的目的是这样来达到的，一种基于惯性测量单元和无线电低频技术的煤矿定位和通信系统，其特征在于包括地面上设有控制与显示中心；地面下的每个主坑道每隔一定距离设有低频基站，低频基站与地面的控制与显示中心宽带有线连接；在主坑道和子坑道内一定距离设有惯性测量单元校准点，惯性测量单元校准点由低频基站提供；矿工携带的低频定位手机，低频定位手机与低频基站进行接收和发送信息。

本发明所述的低频定位手机包括导航计算器；惯性测量单元，与导航计算器连接；低频信号接收器，接收低频基站信息，与导航计算器连接；惯性测量单元校准信息储存器，与导航计算器连接；低频信号发射器，向低频基站提供当前位置和其它信息，与导航计算器连接。

本发明所述的低频信号接收器的接收频率为200KH_Z，信号带宽为20KH_Z。

本发明所述的低频信号发射器的上行频率为100 KH_Z，带宽为10 KH_Z。

本发明所述的低频基站和低频定位手机的低频为100 KH_Z-500 KH_Z。

本发明由于采用了以上技术方案，该系统的定位精度高，通信可靠性好，系统的稳定性和适应性强。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的低频定位手机原理框图。

图3为本发明的地面上的控制与显示中心与地面下的低频基站连接图。

具体实施方式

为了提高煤矿定位的可靠性和降低设备的成本，在通风和电磁环境好的主坑道里安装尽量少的井下通信设备达到对矿井人员和设备的精确定位和有效通信是关键。要做到这点，必须解决井下不直接可视条件下的定位和通信。图1所示的是一个有着两个主坑道几十个子坑道的煤矿例图。如果用RFID技术，每个子坑道至少要安装一到两个ＲＤＩＦ读取器，也就是说要有几十上百的读取器要安装在条件恶劣的子坑道里并且要用有线或无线网联结起来。而如果有一种定位和通信技术不要求矿井人员和基站之间直接可视，那么数量有限的几个基站就可以安装在通风情况良好，电磁干扰小，坑道面宽阔的主坑道里，这既减少了RFID每个子坑道都要按装读取器的数量要求，也大大改善了基站的工作条件，提高了其可靠性和安全性。

本发明提出了一种Inertial Measurement Unit  (IMU, 惯性测量单元)和低频无线电混合定位模式的煤矿定位系统，它可以解决井下不直接可视的定位和通信问题。这样就可以使得井下固定设备安装最小化，以达到低成本精度高和可靠的定位与通信目的。