[实用新型]基于模式匹配的井下超宽带电磁波超声联合定位系统

摘要

本实用新型公开了一种用于煤矿井下的基于模式匹配的井下超宽带电磁波超声联合定位系统。本系统包括设在井上的地面监控中心，设在井下的传输基站，网关节点，光纤，总线，锚节点，移动节点，训练节点，以及处在远地的远程监控终端，其中应用于井下的设备均是本质安全型的。本系统根据电磁波、超声波的本身属性特点，及超宽带(Ultra-Wideband，UWB)技术在定位方面的优势，并结合模式匹配算法的思想，系统定位功能的实现分两个阶段，在训练阶段，通过训练节点与锚节点配合在地面监控中心生成定位模式数据库；在定位阶段，移动节点向指定的一侧巷道壁发射超声波信号并接收反射回波，同时向附近的锚节点发射定位请求超宽带电磁波信号，并接收锚节点响应发射的定位超宽带电磁波信号，处理形成定位数据包通过锚节点向上转发至地面监控中心，地面监控中心根据转发上来的移动节点发送的定位数据包和存储的训练阶段生成的定位模式数据库，通过模式匹配计算，得到移动节点的位置坐标，实现精确定位。本实用新型定位精度高，成本低，并且耗能少，系统设备结构简单。

主权项

一种基于模式匹配的井下超宽带电磁波超声联合定位系统，其特征在于，包括地面监控中心，井下中心站，网关节点，光纤，总线，锚节点，训练节点，移动节点，上层终端； 所述地面监控中心是一台计算机或者服务器，或者是多台计算机或者服务器组成的计算机网络；地面监控中心存储定位模式数据库，并从井下中心站接收从井下发来的定位数据包，处理定位数据包； 所述上层终端是处在远地的监控中心，通过Internet网络与地面监控中心连接，获取实时监测数据； 所述井下中心站是交换机，置于井下，汇聚网关节点通过总线发过来的定位模式数据包，通过光纤传输定位数据包到地面监控中心； 所述网关节点布设在支巷道一端，接收锚节点转发的移动节点发射的定位数据包，通过总线传送到井下中心站； 所述移动节点置于井下工作人员的安全帽上，使用矿灯电瓶作为移动节点的备用电源；每个移动节点分配一个独有的数字编号，与佩戴它的井下人员的身份对应，对应关系存储于地面监控中心；移动节点向一侧巷道壁发射超声波信号并接收反射回波测量其与巷道壁的距离，同时向附近的锚节点发射超宽带电磁波定位请求信号，并接收锚节点响应发射的超宽带电磁波定位信号，处理形成定位数据包，通过锚节点向上转发定位数据包，最终至地面监控中心； 所述锚节点悬挂于巷道顶板，到两侧巷道壁距离相等；每个锚节点分配一个唯一的数字编号，与其位置坐标对应，对应关系存储于地面监控中心；锚节点响应移动节点发射的超宽带电磁波定位请求信号，向移动节点发射超宽带电磁波定位信号，并转发移动节点发送的定位模式数据包； 所述训练节点已知自身位置坐标，与锚节点配合，生成定位模式数据，存储于地面监控中心，形成定位模式数据库； 所述总线是CAN总线，或局域网总线，或RS‑485总线，连接网关节点与井下中心站，实现网关节点与井下中心站之间的数据往来； 所述光纤连接井下中心站与地面监控中心，实现地面监控中心与井下中心站的数据往来； 所述定位系统中的井下设备，包括井下中心站、网关节点、总线、锚节点、移动节点、训练节点，全是本质安全型设备。