【摘要】：針對(duì)煤礦井下一維環(huán)境中人員及設(shè)備的定位問(wèn)題,對(duì)一維定位理論及應(yīng)用進(jìn)行了研究,提出了一維分段定位法,設(shè)計(jì)了基于無(wú)線射頻模塊的定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)以ATmega1284P微處理器為主控芯片,以nano PAN5375射頻模塊為核心,采用對(duì)稱雙邊雙路測(cè)距算法(SDS-TWR)實(shí)現(xiàn)測(cè)距,利用一維分段定位法和卡爾曼濾波算法計(jì)算得到最后的定位信息。試驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)能夠完成實(shí)時(shí)測(cè)距和定位,定位誤差可達(dá)1 m以內(nèi)。
【圖文】：

際?CSS技術(shù)最早應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域，用于解決雷達(dá)距離測(cè)量和距離分辨率的問(wèn)題，后來(lái)被逐步應(yīng)用于定位當(dāng)中。CSS技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、處理增益大、通信可靠穩(wěn)定性好、功率譜密度低、傳輸距離遠(yuǎn)以及系統(tǒng)功耗低等特性[7-9]，這些特性使得CSS技術(shù)很合適應(yīng)用于定位�；贑SS的定位技術(shù)采用對(duì)稱雙邊雙路測(cè)距（SDS-TWR）算法進(jìn)行測(cè)距，，可以得到精確的測(cè)距信息。SDS-TWR算法能減小節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘不同步和時(shí)鐘漂移帶來(lái)的誤差，提高測(cè)距精度[10]。該方法包括2次對(duì)稱距離測(cè)量和1次距離修正，對(duì)稱雙邊雙路測(cè)距算法流程如圖1。第1次測(cè)量：節(jié)點(diǎn)A首先發(fā)送數(shù)據(jù)包到節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B會(huì)返回1個(gè)應(yīng)答確認(rèn)信息，節(jié)點(diǎn)A記錄下此過(guò)程的傳播延遲T1。節(jié)點(diǎn)B在接收到節(jié)點(diǎn)A數(shù)據(jù)包時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并在返回應(yīng)答時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下節(jié)點(diǎn)B的處理延遲T2。此時(shí)，數(shù)據(jù)包往返時(shí)間為T(mén)1-T2。第2次測(cè)量：節(jié)點(diǎn)B首先發(fā)送數(shù)據(jù)包到節(jié)點(diǎn)A，節(jié)點(diǎn)A會(huì)返回1個(gè)應(yīng)答確認(rèn)信息，節(jié)點(diǎn)B記錄下此過(guò)程的傳播延遲T3。節(jié)點(diǎn)A在接收到節(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)包時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并在返回應(yīng)答時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄下節(jié)點(diǎn)A的處理延遲T4。此時(shí)，數(shù)據(jù)包往返時(shí)間為T(mén)3-T4。假設(shè)信號(hào)在介質(zhì)中的傳播速度為光速c，則A、B2節(jié)點(diǎn)之間的理論距離d為：d=c·（T1-T2）+（T3-T4）4（1）在測(cè)量過(guò)程中，由于晶體振蕩器存在頻率漂移，由節(jié)點(diǎn)A的晶振測(cè)得的時(shí)間延遲為T(mén)1、T4，假設(shè)測(cè)量偏差分別為δ1、δ4，則δ1=δ4；由節(jié)點(diǎn)B的晶振測(cè)得的時(shí)間延遲為T(mén)2、T3，假設(shè)測(cè)量偏差分別為δ2、δ3，則δ2=δ3，那么2節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離d′為：d′=c·（T1+δ1）-（T2+δ2）+（T3+δ3）-（T4+δ4）4d

攵喔雒?節(jié)點(diǎn)的測(cè)距信息實(shí)時(shí)傳送到基站，基站將這些測(cè)距信息匯總后發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)的軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成TXT文檔并保存接收到的測(cè)距信息，并同時(shí)利用定位算法計(jì)算得到移動(dòng)標(biāo)簽的具體位置。2.1硬件設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)中，錨節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)標(biāo)簽和基站采用完全相同的硬件結(jié)構(gòu)，以ATmega1284p單片機(jī)作為主控芯片，它具有低功耗、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，并且自帶完整的SPI接口控制器，能夠完成對(duì)nanoPAN5375射頻模塊的控制及數(shù)據(jù)收發(fā)工作；以nanoPAN5375射頻模塊為核心，采用CSS技術(shù)產(chǎn)生擴(kuò)頻信號(hào)及管理無(wú)線信號(hào)收發(fā)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2。nanoPAN5375射頻模塊集nanoLOCTRX接收器、功率放大器、濾波器等組件于一體，工作在2.4GHz免授權(quán)頻段，提供了3個(gè)可自由調(diào)整中心頻率的非重疊2.4GHzISM頻道；它采用線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)完成線性調(diào)頻信號(hào)的發(fā)射與接收，可使用125kbps~2Mbps的可編程數(shù)據(jù)速率，接收靈敏度可達(dá)-95dBm；它同時(shí)具有4個(gè)可編程數(shù)字I/O口，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間的精確測(cè)距等功能[11]。2.2軟件設(shè)計(jì)2.2.1軟件架構(gòu)軟件設(shè)計(jì)方面主要包括數(shù)據(jù)發(fā)射接收控制程圖1對(duì)稱雙邊雙路測(cè)距算法流程圖2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖·106·


本文編號(hào)：2581306