[发明专利]无需时钟同步的煤矿井下精确定位方法

说明书

本发明提供了一种无需时钟同步的煤矿井下精确定位方法，将矿井下巷道作为一维通道进行分析，采用定位分站+定位卡的系统结构，利用已知的分站间的距离，由相邻分站分别与定位卡进行测距通信，由定位发起分站完成测距和定位计算，无需定位卡进行任何计时和数据运算，利用已知的分站间的距离可以得到准确的人员定位卡与分站之间距离，实现精确定位。所述精确定位方法使用实施时，分站间、分站与定位卡之间无需时钟同步，并且可以消除定位设备的时钟和晶振偏移误差。所述精确定位方法实现过程简单，定位速度快、实时性强，具有广阔的推广价值。

技术领域

本发明涉及一种无需时钟同步的煤矿井下精确定位方法，该方法涉及无线电通信、测距和定位技术等领域。

背景技术

《国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》(安监总煤装[2010]146号)要求建设完善煤矿井下人员定位系统。发挥井下人员定位系统在定员管理和应急救援工作中的作用。“应优先选择技术先进、性能稳定、定位精度高的产品，确保准确掌握井下人员动态分布情况和采掘工作面人员数量”。井下人员定位常用的定位方法有：接受信号强度指示(Received Signal StrengthIndication,RSSI)，测量到达时间(Time Of Arrival,TOA)，测量到达时间差(TimeDifference Of Arrival,TDOA)和射频识别技术(RFID，Radio FrequencyIdentification)等方法。到达时间定位TOA需定位卡与分站、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。到达时间差TDOA定位不需定位卡与分站同步，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，特别是识别卡成本高。目前矿井实际使用以基于射频识别技术(RFID)的定位系统数量最大，使用RFID具有以下问题：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；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。信号强度指示(RSSI)方法是目前Zigbee和WiFi网络采用的主要定位方法，它根据无线信号的传输损耗模型计算移动节点与锚节点间的距离。移动节点接收到的信号强度随距离发射机的位置变化而变化，即移动节点距离发射机距离越近，接收到的信号强度越强，反之，移动节点距发射机越远，接收到的信号强度越弱，RSSI定位方法便是利用这一特性，将测得的信号强度转换为距离预估值，然后将距离预估值与信号强度地图进行比对分析，再经过滤波确定最终定位结果，RSSI方法简单易实施。但无线信号的传输损耗模型受环境影响巨大，所以一般RSSI定位系统往往必须依靠增加锚节点的密度和通过全局优化算法来控制单方向上的定位误差，但井下环境多为隧道组成的线状环境，无法得到平面上其它方向的场强数据，所以当隧道中存在如较大金属遮挡物等其它影响无线信号传输的因素时，定位误差较大。所以需要一种原理简单，不需系统时钟同步的，而且可以消除定位设备晶振偏移等误差的新的精确定位方法。

发明内容

本发明提供了一种无需时钟同步的煤矿井下精确定位方法，将矿井下巷道作为一维通道进行分析，采用定位分站+定位卡的系统结构，无需定位卡进行任何计时和数据运算，可有效消除定位卡的时钟和晶振偏移误差，利用已知的分站间的距离可以得到准确的人员定位卡与分站之间距离，实现精确定位。所述定位方法如下：

在矿井下巷道中间隔一定距离安装定位分站，相邻分站可相互无线通信，分站为通信距离内的定位卡提供定位服务，在定位区域内应保证定位卡可与两个分站同时进行通信；由分站对通信范围内的至少1个定位卡发起测距，至少1个相邻分站不同时对被测定位卡发送定位测距信号，定位卡接收测距信号后，向发送测距信号的分站回复测距信号，分站接收到测距信号的回复信号后记录从发送到接收测距信号的时间，根据各分站提供的测距信号发收的时间数据和相邻分站的距离计算得到定位卡与各分站的距离，根据定位卡与各分站的距离及分站位置实现定位。所述的定位方法按照以下步骤进行测距定位：

步骤1.分站A向通信范围内的移动定位卡M和相同方向上的相邻分站B发送测距信号；