發(fā)布時(shí)間：2021-12-31 09:25

　　煤礦資源關(guān)乎著我國社會(huì)建設(shè)和民營生活,而我國的煤炭資源多分布在地下,因此煤炭的安全生產(chǎn)以及建立健全的煤礦井下定位系統(tǒng)引起了國家極大的關(guān)注。相較于現(xiàn)有WiFi、藍(lán)牙和射頻識別等定位技術(shù)而言,可見光通信定位技術(shù)具有頻譜資源豐富、系統(tǒng)成本低、無電磁干擾、通信機(jī)密性好和兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢�；诖�,本文針對于復(fù)雜多變的煤礦井下環(huán)境,建立基于可見光通信的煤礦井下人員定位系統(tǒng)。本文主要工作如下:針對煤礦井下的可見光二維定位展開研究,利用蒙特卡羅算法對煤礦井下的多徑反射現(xiàn)象展開分析,進(jìn)一步選取最優(yōu)視場角以減少干擾功率接收,并采用卡爾曼濾波算法優(yōu)化接收功率以及分析傾斜狀態(tài)下的可見光通信模型。通過干擾問題分析后,提出采用改進(jìn)質(zhì)心加權(quán)算法進(jìn)行二維定位,仿真結(jié)果表明最大定位誤差由優(yōu)化前的7.3cm降低至2.6cm,平均定位誤差由優(yōu)化前的4.6cm降低至2.03cm,同時(shí)驗(yàn)證了LED陣列的布局模式對定位精度和光功率分布存在著極大影響。針對煤礦井下工作面光照度和功率分布不均勻的問題展開研究,提出將大LED陣列劃分為小LED陣列并均勻分布于發(fā)射平面,通過研究陣列間距離和半功率角對系統(tǒng)性能的影響,選用遺傳算法優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)... 

【文章來源】：重慶郵電大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖

3 煤礦井下人員定位技術(shù)目前較為成熟的室外定位系統(tǒng)廣泛使用在軍事和民用領(lǐng)域，比如美國的全球位系統(tǒng)，俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)，以及我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)[22]。圖 1.1 所示為衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖，通過測量衛(wèi)星信號的傳輸時(shí)間再乘以光速即得到衛(wèi)星與接收端的距離，根據(jù)多顆衛(wèi)星收發(fā)端的相關(guān)數(shù)據(jù)就可算得接收端的體位置。然而，煤礦井下一般處于地下幾百米乃至幾千米，衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信在穿透固體時(shí)會(huì)受到嚴(yán)重的衰減和陰影效應(yīng)，使得井下環(huán)境接收到的信號十分弱，無法滿足定位需求[23]。近些年來，隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，針對于礦井下人員定位的難題，國內(nèi)外現(xiàn)已設(shè)計(jì)出多種礦下人員定位管理系統(tǒng)，圖 1.2示為煤礦井下的定位示意圖，定位技術(shù)主要包括超聲波、紅外、藍(lán)牙、WiFi、頻識別(Radio Frequency IDentification，RFID)、ZigBee、超帶寬[24]等。

2 章 煤礦井下可見光通信系統(tǒng)定位模型及定位算法分析.1 可見光通信系統(tǒng)VLC 系統(tǒng)大體的組成結(jié)構(gòu)分為發(fā)射部分、信道模型和接收部分，如圖 2.1為系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)通過 LED 驅(qū)動(dòng)電路將包含通信信息的電信號轉(zhuǎn)換信號，然后對光信號進(jìn)行編碼和調(diào)制，繼而將光信號通過 LED 廣播發(fā)射[35]。收端部分大多采用光電二極管(Photo-Diode，PD)作為接收器，PD 將接收到的號重新恢復(fù)成電信號，并通過物理層進(jìn)行解調(diào)和解碼，最后得到原始電信號含的信息。其中強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(Intensity Modulation/Direct Detection，IM/D發(fā)射器最常用的調(diào)制方式，其通過控制加載到發(fā)射器的原始電信號從而影響號強(qiáng)度[36]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于RSSI井下人員定位Trilateration-GSA算法研究[J]. 白璐,王然風(fēng).  煤炭工程. 2018(12)
[2]基于位置感知網(wǎng)絡(luò)的井下人員定位研究[J]. 薛凱娟,樊智.  煤炭技術(shù). 2018(10)
[3]兼顧照明的可見光MIMO通信系統(tǒng)模型[J]. 朱彤,趙黎,劉智港,張峰.  紅外與激光工程. 2018(08)
[4]一種自適應(yīng)多策略行為粒子群優(yōu)化算法[J]. 張強(qiáng),李盼池.  控制與決策. 2020(01)
[5]基于超聲波的室內(nèi)可見光通信測距研究[J]. 秦安碧,張仁永.  激光雜志. 2018(06)
[6]利用改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法解調(diào)光傳感重疊光譜信號[J]. 陳勇,程亞男,劉煥淋.  中國激光. 2018(07)
[7]基于時(shí)間測距的礦井人員定位方法研究[J]. 孫哲星.  工礦自動(dòng)化. 2018(04)
[8]室內(nèi)可見光通信MIMO信道相關(guān)性研究[J]. 郭心悅,李雙雙.  半導(dǎo)體光電. 2018(01)
[9]室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)光源LED布局優(yōu)化與性能分析[J]. 王加安,車英,郭林煬,王馨蘭.  中國激光. 2018(05)
[10]基于射線跟蹤的AOA定位算法的GDOP研究[J]. 孔范增,郭敏,任修坤,鄭娜娥.  計(jì)算機(jī)工程與科學(xué). 2018(01)

碩士論文
[1]基于可見光通信的室內(nèi)定位技術(shù)的研究[D]. 喻寧波.湖南大學(xué) 2016
[2]基于LED通信的室內(nèi)定位方法研究[D]. 唐錢勝.電子科技大學(xué) 2016
[3]煤礦工作面可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 馬秀萍.中國礦業(yè)大學(xué) 2014



本文編號：3560012