[发明专利]一种基于UWB技术的矿井无人车探测及位置反馈系统

说明书

本发明涉及一种基于UWB技术的矿井无人车探测及位置反馈系统，属于无线通信、探测与定位技术领域。无人车系统包括无人车模块、单参考点定位基站模块、固定节点模块及终端模块；无人车模块采集环境信息，并与所在区域内的单参考点定位基站模块进行无线通信得到位置信息，最终将环境信息和位置信息以无线信号的形式传出；矿井壁上的固定节点检测矿井壁的压力，并将传来的无线信号传输至用户终端；用户收到矿井内部环境及位置信息后，从建立的路由发送指令，控制无人车系统中各个模块。所述系统能实现自动化和远程操控，只需一个单参考点定位基站模块即可对无人车进行定位，无需装配无线通信基站，降低了部署难度且能对各个模块进行定向控制。

技术领域

本发明涉及一种基于UWB技术的矿井无人车探测及位置反馈系统，属于无线通信、探测与定位技术领域。

背景技术

矿产资源是不可再生资源，是基础物质材料，对于国家经济建设而言非常重要。开采矿产资源成为国家经济建设过程中必不可少的一部分。随着浅表资源的枯竭,我国在资源开采方面，逐步进入深开采阶段。随着采集深度逐渐加深,可能出现冲击地压、瓦斯、突水等突发情况，对生命财产安全形成巨大的威胁。预测突发危险对于深部开采的安全可靠运行以及保障矿井工作人员生命安全而言显得十分重要。

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是目前为止应用最为广泛的无线定位系统之一。但是GNSS具有很大的局限性。以GPS定位系统为例，抵达地面的卫星信号很弱，并且无法穿透密集的建筑物，导致在室内、隧道等有障碍物的室内环境下无法进行精准定位。即便是在最理想的无线通信环境下，民用卫星的定位精度也只能达到米级，GPS民用定位的误差可以达到在5米之内，这无法满足高精度定位的要求。而且，购买定位终端设备的成本也相对较高。而UWB定位技术具有穿透能力强、多径分辨率高、抗干扰能力强、等优点，很适合短距离、高精度的无线定位。

UWB(Ultra Wideband)是一种无载通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，相较于传统的窄带无线通信方式而言有本质的区别。UWB定位过程中，先确定一个参考基站的具体位置，然后，通过已安装的定位基站得到定位目标上的UWB标签相对于参照基站的位置信息，最终传输给主机，有人称它是无线电领域中一次革命性进展，认为它可能成为未来短距离无线通信的热门技术。

作为一种新兴的无线传输技术，UWB技术在施工监控领域有许多优点：首先，UWB技术抗干扰能力强，对于其他无线电的干扰有较高的免疫力。因此，UWB技术在室内、外及墙体附近的定位需求都变得切实可行：第二，UWB技术能够实现三维动态定位。UWB定位系统中定位基站的个数决定定位维数，一个l0Hz的系统能在几厘米的分辨率下定位UWB标签，当有四个或者更多的不同高度的定位基站时可以得到三维的精确定位，不同高度的定位基站的数量越多，定位精度越高；第三，UWB技术数据传输速率高，能够实现100Mbps以上的传输速率。

当前阶段，通过在矿山施工区域布设定位基站，给矿山人员、矿车、物资佩戴定位标签，实时精准地定位人、车、物的位置并通过无线传输将数据上传到后台，可以实现对施工人员及车辆的跟踪定位管理和日常考勤。然而，这种方式下，施工人员仍可能遭遇危险，若在工人进入矿井之前对矿井内环境进行探测，能够降低深采危险。因此，我们致力于提出一种工作于矿井之中，能够探测矿井内部复杂的环境信息，并能够对所处位置进行高精度定位的无人车系统。

发明内容

本发明的目的在于进一步提升对矿井内部环境的探测力度，提升探测与定位准确性，提出了一种基于UWB技术的矿井无人车探测及位置反馈系统。