[发明专利]基于回波相干效应的精确定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动目标定位技术，具体是一种基于回波相干效应的精确定位方法。

背景技术

井下人员定位系统目前已经在众多煤矿企业得到应用。然而目前的定位系统只是粗略的分区定位，而不具有精确定位功能，即系统只能根据哪一个识别传感器收到识别卡的回波信号来判定持卡人当前处于该识别传感器的有效接收范围内，而无法确定持卡人在该区域内的具体位置。识别传感器的作用半径通常都超过100米，并且还在不断增长中，因此目前这种分区定位方法存在着很大的模糊度。井下人员定位系统的最终目标是要达到无盲区的全覆盖，为此各种定位系统都在努力提高识别传感器的作用距离，例如采用泄漏电缆，感应通信等。但随着作用距离的增长，定位的模糊度也会随之加大。为减小定位模糊度，提高定位精度，通常采用的方法是增加识别传感器的密度，但是这种方法必然要以增加设备数量、提高系统造价为代价。基于上述分析，有必要发明一种全新的井下人员定位技术，以解决在不增加设备数量的前提下显著提高定位精度的问题。

发明内容

本发明为了解决现有井下人员定位技术定位模糊度大的问题，提供了一种基于回波相干效应的精确定位方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：基于回波相干效应的精确定位方法，该方法是采用如下步骤实现的：（1）设计一种自相关特性良好的检测波形，并将检测波形分别植入井下人员定位系统的识别传感器和识别卡；（2）由识别传感器周期性地对井下人员携带的识别卡发出呼叫信号，识别卡收到呼叫信号后，对识别传感器发出包含有有用信息和检测波形的回波信号；（3）识别传感器收到的回波信号一方面进入识别传感器的主控单片机进行处理，由主控单片机提取回波信号中的有用信息；另一方面经识别传感器的高频芯片解调后串行输入到相干接收器，由相干接收器不断移位地接收回波信号，当回波信号移位到特定的往返时延τ时，回波信号中的检测波形与相干接收器中植入的检测波形完全重合，相干接收器有峰值输出；（4）根据往返时延τ计算出识别传感器与识别卡之间的距离L，由此实现井下人员的精确定位。

所述检测波形为1bit量化的线性调频波，如图1所示。

所述步骤（3）中，往返时延τ由两部分组成：一部分是识别传感器的呼叫信号到达识别卡加上识别卡的回波信号到达识别传感器所需的电波传输时间；另一部分是为了防止各个识别卡同时应答发生碰撞而有意加入的延时t₀。

所述延时t₀的具体算法如下：识别传感器发出的呼叫信号中包含一个整数Q，各个识别卡在0~2^Q-1之间各自取一个随机数N，并且等待延时t₀后再发出回波信号；各个识别卡每次发出的回波信号中均包含本次应答所取的随机数N；整数Q由人为设定；所述延时t₀的计算公式如下：t₀=N*T；式中：T为识别卡发出的回波信号的持续时间，为已知常数；所述识别传感器与识别卡之间的距离L的计算公式如下：L=（τ-t₀）×C÷2；式中：C=3×10⁸米/秒，为电磁波速。

与现有井下人员定位技术相比，本发明所述的基于回波相干效应的精确定位方法基于回波测距原理，实现了井下人员与识别传感器之间的精确测距。在煤矿井下巷道环境下，人员只能在一维空间中活动，并且识别传感器的位置是固定且已知的，因此，实现井下人员与识别传感器之间的精确测距便实现了井下人员的精确定位。由此，本发明所述的基于回波相干效应的精确定位方法显著提高了定位精度，减小了定位模糊度。

本发明基于回波测距原理，有效解决了现有井下人员定位技术定位模糊度大的问题，适用于煤矿井下的人员定位。

附图说明

图1是本发明的检测波形的示意图。

图2是本发明的相干接收器的结构示意图。

图3是本发明的相干接收器的工作原理图。

图4是本发明的相干接收器的输出波形示意图。

具体实施方式

基于回波相干效应的精确定位方法，该方法是采用如下步骤实现的：

（1）设计一种自相关特性良好的检测波形，并将检测波形分别植入井下人员定位系统的识别传感器和识别卡；

（2）由识别传感器周期性地对井下人员携带的识别卡发出呼叫信号，识别卡收到呼叫信号后，对识别传感器发出包含有有用信息和检测波形的回波信号；