為提升礦井人員的定位精度與實(shí)時(shí)性,針對(duì)基于WiFi、藍(lán)牙、RFID和Zigbee等無(wú)線通信技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)存在有效通信距離短、定位精度不高的局限,提出了一種基于超寬帶(UWB)技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)并在煤礦井下進(jìn)行了應(yīng)用。該系統(tǒng)利用到達(dá)時(shí)間測(cè)距方法(TOF),采用單個(gè)讀卡器即可獨(dú)立組網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)識(shí)別卡進(jìn)行測(cè)距定位的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì),通過(guò)在讀卡器內(nèi)設(shè)置2塊擁有TOF算法的射頻模塊,記錄每個(gè)射頻模塊獨(dú)立測(cè)量該模塊與識(shí)別卡之間信號(hào)往返的到達(dá)時(shí)間,并依據(jù)算法公式計(jì)算出兩節(jié)點(diǎn)之間的距離,來(lái)實(shí)現(xiàn)人員定位。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和分析,認(rèn)為該系統(tǒng)受環(huán)境影響小,定位精度高,進(jìn)一步促進(jìn)了井下人員定位技術(shù)的發(fā)展。 

【文章來(lái)源】：陜西煤炭. 2020年06期

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

到達(dá)時(shí)間原理圖

技術(shù)原理:根據(jù)UWB信號(hào)、TOF算法以及煤礦井下巷道的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于UWB技術(shù)的井下人員定位技術(shù)原理。采用主射頻天線和輔射頻天線進(jìn)行TOF定位的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。讀卡器內(nèi)設(shè)置2塊擁有TOF算法的射頻模塊，分別稱(chēng)為主射頻模塊和輔射頻模塊。2個(gè)射頻模塊分別引出2條饋線，饋線終端分別接2個(gè)相同頻率的天線。天線分別安裝在讀卡器的兩側(cè)，并且拉開(kāi)一定距離。測(cè)距計(jì)算流程:具體定位測(cè)距計(jì)算流程如圖3所示。(1)讀卡器發(fā)射UWB信號(hào)，并將添加讀卡器身份ID1與發(fā)射時(shí)間t1的信息表項(xiàng)調(diào)制到UWB信號(hào)中。(2)識(shí)別卡接收UWB信號(hào)，解調(diào)UWB信號(hào)中的信息表項(xiàng)，并將接收時(shí)間添加至信息表項(xiàng)中的t2字段。(3)識(shí)別卡處理信息表項(xiàng)，將識(shí)別卡的身份ID添加至信息表項(xiàng)中的ID2字段。(4)識(shí)別卡將發(fā)射時(shí)間添加至信息表項(xiàng)t3字段，并將信息表項(xiàng)調(diào)制至UWB信號(hào)作為應(yīng)答信號(hào)發(fā)射出去。(5)讀卡器接收識(shí)別卡的UWB應(yīng)答信號(hào)，解調(diào)UWB信號(hào)中的信息表項(xiàng)，并將接收時(shí)間添加至信息表項(xiàng)中的t4字段。(6)讀卡器根據(jù)信息表項(xiàng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提取信息表項(xiàng)中的ID2字段，確定攜帶該識(shí)別卡的人員身份信息;提取信息表項(xiàng)中的t1字段，確定UWB信號(hào)的發(fā)射時(shí)間t1;提取信息表項(xiàng)中的t2字段，確定UWB信號(hào)的接收時(shí)間t2;提取信息表項(xiàng)中的t3字段，確定應(yīng)答信號(hào)的發(fā)射時(shí)間t3;提取信息表項(xiàng)中的t4字段，確定應(yīng)答信號(hào)的接收時(shí)間t4;根據(jù)式(1)，計(jì)算識(shí)別卡距讀卡器的距離L。

測(cè)距計(jì)算流程:具體定位測(cè)距計(jì)算流程如圖3所示。(1)讀卡器發(fā)射UWB信號(hào)，并將添加讀卡器身份ID1與發(fā)射時(shí)間t1的信息表項(xiàng)調(diào)制到UWB信號(hào)中。(2)識(shí)別卡接收UWB信號(hào)，解調(diào)UWB信號(hào)中的信息表項(xiàng)，并將接收時(shí)間添加至信息表項(xiàng)中的t2字段。(3)識(shí)別卡處理信息表項(xiàng)，將識(shí)別卡的身份ID添加至信息表項(xiàng)中的ID2字段。(4)識(shí)別卡將發(fā)射時(shí)間添加至信息表項(xiàng)t3字段，并將信息表項(xiàng)調(diào)制至UWB信號(hào)作為應(yīng)答信號(hào)發(fā)射出去。(5)讀卡器接收識(shí)別卡的UWB應(yīng)答信號(hào)，解調(diào)UWB信號(hào)中的信息表項(xiàng)，并將接收時(shí)間添加至信息表項(xiàng)中的t4字段。(6)讀卡器根據(jù)信息表項(xiàng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提取信息表項(xiàng)中的ID2字段，確定攜帶該識(shí)別卡的人員身份信息;提取信息表項(xiàng)中的t1字段，確定UWB信號(hào)的發(fā)射時(shí)間t1;提取信息表項(xiàng)中的t2字段，確定UWB信號(hào)的接收時(shí)間t2;提取信息表項(xiàng)中的t3字段，確定應(yīng)答信號(hào)的發(fā)射時(shí)間t3;提取信息表項(xiàng)中的t4字段，確定應(yīng)答信號(hào)的接收時(shí)間t4;根據(jù)式(1)，計(jì)算識(shí)別卡距讀卡器的距離L。2 系統(tǒng)功能與實(shí)測(cè)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于UWB的地鐵隧道定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 李偉杰,戴亞文,唐雨,王楓,水中和.  計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2019(08)
[2]大柳塔煤礦多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)應(yīng)急救援系統(tǒng)[J]. 王飛.  陜西煤炭. 2019(04)
[3]基于軟件無(wú)線電的測(cè)距系統(tǒng)[J]. 孔春雷,王澤昊.  數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2019(07)
[4]基于TW-TOA的高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 李偉強(qiáng).  計(jì)量與測(cè)試技術(shù). 2019(04)
[5]UWB定位技術(shù)的應(yīng)用研究[J]. 高思琪,孫建平.  儀器儀表用戶(hù). 2019(03)
[6]測(cè)距誤差改正的超寬帶定位系統(tǒng)研究[J]. 王川陽(yáng),王堅(jiān),余航,韓厚增,寧一鵬.  測(cè)繪科學(xué). 2019(01)
[7]異步測(cè)時(shí)礦井人員精確定位方法[J]. 孫哲星,孫繼平.  煤炭學(xué)報(bào). 2018(05)
[8]超寬帶通信室內(nèi)非視距環(huán)境信道模型仿真分析[J]. 祁秀珍,張靜,楊�？�,閆俊鵬,楊寧,林曉,楊瓊.  電子科技. 2016(12)
[9]基于時(shí)間差的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法[J]. 景博,孫勇,張宗麟,張劼.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2008(11)
[10]基于TDoA測(cè)距的傳感器網(wǎng)絡(luò)安全定位研究[J]. 陳鴻龍,李鴻斌,王智.  通信學(xué)報(bào). 2008(08)

碩士論文
[1]基于UWB的人員定位及生理參數(shù)監(jiān)測(cè)的研究[D]. 黃潔波.廣東工業(yè)大學(xué) 2017
[2]煤礦井下UWB人員定位研究[D]. 丁龍.黑龍江科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：2922063