[发明专利]基于多节点接力式时钟同步的封闭空间定位系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于多节点接力式时钟同步的封闭空间定位系统和方法，属于封闭空间内对目标终端精确定位技术领域。该系统包括每个封闭空间小区由以太网相连的一根或多根电缆、多个定位节点、多个定位终端、一个兼容WIFI协议的接入点，一个井下网络交换机组成的小区定位网络、地面控制中心；该定位节点基于ToA同步算法进行全网同步以实现定位；该方法使用ToA方法检测两个定位节点之间的距离，此距离信息被前一个节点用于同步下一个节点，各节点依次接力连接下一个定位节点从而达到大型定位网络的全网同步。本发明解决了封闭空间大型定位网络缺乏时钟同步而导致系统容量受限的问题，特别适应于特殊环境封闭空间内多移动目标的精确定位。

技术领域

本发明属于封闭空间内对目标终端精确定位技术领域，具体涉及一种基于多节点接力式时钟同步的封闭空间定位系统和方法。

背景技术

封闭空间内随着目标终端和通信通道的不断增加对多节点大型定位网络的精确定位要求越来越高。现有的封闭空间通信和定位基本分为有线和无线相结合的主动通过BT(蓝牙)/WiFi(无线局域网)通信方式或被动RFID(射频标签)对目标节点的位置进行检测并传输数据。目前以被动(RFID)刷卡的方式占多数，这种方式无法满足现代技术的对自动化和智能化的要求。例如在矿井下复杂多变的客观环境和煤矿工业天然存在的危险性，构成了对矿工生命和矿井财产安全的极大威胁。一旦紧急情况如矿难发生，由于对井下工作人员方位的缺失，往往造成援救不能及时到达，导致人员生命财产的损失。所以精确的井下定位成为一个急切的需求。与此同时，日益增加的运营成本和人工智能技术的发展，使得多节点大型定位网络(如矿井自动作业和无人驾驶矿车)成为现实。自动作业可以减少运营成本，同时也为建立智能空间提供了一个有效的解决方案。但是，封闭空间自动作业也需要多节点的初始的精确位置为前提。所以高精确定位成为封闭空间一个急切的需求。

矿井封闭空间内定位由于特殊的环境，比如障碍物阻挡，多径反射和粉尘对信号的衰减，导致这种特殊封闭空间定位具有比普通室内定位更大的难度。同时，新的定位需求又提出了更加高的精度要求和容量要求。传统的基于蓝牙或者Zigbee的定位方法不能够满足这些要求，因为这些标准的定位误差较大，可以达到1米以上，显然不能满足定位的精度需求。目前主流的定位法比如基于UWB信号和ToA方法的定位系统存在终端容量受限的缺陷。此系统包含定位节点(Tag)，定位终端(Terminal)。ToA方法需要定位节点给定位终端发送信号，然后定位终端给节点回传信号，由节点计算出坐标信息，才能完成一个定位测距过程。这种基于ToA的定位方法不需要节点之间时钟同步，但当一个小区内终端用户(如具有定位终端的矿工或者矿车)过多时，这些定位终端可能同时给定位节点回传信号，会造成信道拥塞及定位网络完全失效。所以基于此种技术的定位系统是不能支持大容量用户的。这给此类系统应用与煤矿等井下环境造成了实际应用上的困难，另外还存在一些功能上的不足，比如信号对射频电路的要求太高。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于多节点接力式时钟同步的封闭空间定位系统和方法。本发明系统对已有的定位节点进行改进，使用基于到达时间差(TDoA)的定位法，节点之间进行时钟同步，以解决现有的封闭空间大型定位网络缺乏时钟同步而导致系统容量受限的问题。本发明提出一种基于多节点接力式时钟同步的封闭空间定位系统，应用于矿井下封闭空间中，封闭空间具有一个或多个独立的封闭空间小区，该系统包括：每个封闭空间小区由以太网相连的一根或多根电缆、多个发射宽带定位信号的定位节点、多个定位终端、一个兼容WIFI协议的接入点，一个井下网络交换机组成的小区定位网络，还包括各小区定位网络通过以太网相连的地面控制中心；其特征在于，

所述电缆至少包括一根封闭空间纵向设置的井下供电电缆线，用于安装定位节点，进行三维目标定位；根据封闭空间小区横向距离的大小，还横向设置一根或多根安装定位节点的定位电缆；