[发明专利]一种无需精同步的煤矿井下扩频精确测距方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线电测距方法及装置，具体是一种基于直接序列扩频通信技术的井下测距方法及装置，属无线电定位技术领域，适用于煤矿井下工作人员位置信息的测定。 

背景技术

我国地下开采煤矿的煤炭产量约占95％，煤矿开采工作主要是由人工完成，有一定的危险性，建立一个适合我国煤炭发展状况的井下人员无线定位系统，对于保障矿井下工作人员的人身安全具有重要意义。矿井井下人员定位系统一般采取的是基于测距的定位算法，其核心技术就是测距技术，定位的精度完全取决于测距的精度，测距精度越大，则定位越精确。目前，我国的井下人员定位系统主要采取接受信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)的测距方法，由于井下无线电信号容易被干扰，多径效应严重，现行的人员定位系统定位的可靠性不高，达不到精确定位的要求。因此，如何在井下这种恶劣的电磁环境下发展可行的精确定位技术是一个重要课题。而扩频测距技术由于其抗干扰能力强、时间分辨率高，能取得理想的测距精度，将其应用于煤矿井下人员定位系统能够有效解决井下电磁干扰的问题。但在实践上，一方面，如果要完成高精度的测距，则码速率要做得很高，随着码速率的提高和码周期的加长，传统的捕获时间将达到不可容忍的地步，造成定位系统在大流量下进行实时定位的可靠性降低，甚至无法进行大流量的实时人员定位。另一方面，由于扩频系统需要解扩过程，与一般的通信系统相比较，系统设计要复杂得多。出于上述原因，尽管扩频测距技术较为成熟，但很少应用于煤矿井下人员定位。 

发明内容

为了解决井下电磁干扰严重所引起的定位精确度低的问题，克服扩频测距系统的测距精确度与捕获时间的矛盾所决定的不能进行实时测距的缺点，降低扩频测距系统的复杂性，本发明提供一种基于扩频技术的煤矿井下精确测距方法及装置，根据其扩频的伪随机(Pseudo Noise，PN)码可复制且其自相关函数为Δ函数这一特点，在粗同步过程中通过FPGA并行的高速数字积分运算，在每个PN码片持续时间采样10个点，所述的方法能够在粗同步的过程中直接得到更高的时间分辨率，无需进行精同步的环节，降低了测距的伪码速度，也降低了装置设计的复杂性，适用于煤矿井下人员精确定位系统。 

技术方案： 

所述的无需精同步的煤矿井下扩频精确测距方法包括以下步骤： 

A.无线应答模块内部固化一ID号作为本模块的标识号码，该ID号预先存储于通信控制模块的外部存储设备中。通信控制模块预先设置一条伪随机(PN)码序列作为扩频码，同一关联区域内的通信控制模块所分配的PN码各不相同； 

B.启动测距功能，通信控制模块从存储设备取出欲进行测距的无线应答模块的ID号，编码后经PN码扩频调制和载波调制，作为测距询问信号经功率放大后由定向天线向外辐射； 

C.无线应答模块接收到通信控制模块所发出的测距询问信号，将获得的ID号与自身ID号比对，如二者一致，则将所收到的该询问信号进行功率放大，经无线应答模块的固定时延t_a，由天线再次发射出去；如二者不一致，则不予响应； 

D.通信控制模块接收到无线应答模块的回应信号，对回应信号进行混频、滤波，剥离载波后形成数字基带信号； 

E.通过并行无跟踪环的PN码同步精测算法，快速捕获PN码，获得所接收的PN码和本地PN码的精确相位差，实现接收信号相对于发射信号的延迟时间测量；产生本地解扩码，对接收信号解扩后获得无线应答模块的ID号，测出相应的无线应答模块的距离。 

所述步骤A中，所述的无线应答模块ID号，是最高位为0的十六位二进制数；所述的PN码序列是由10级移位寄存器产生的m序列，码长1023位。