一種煤礦巷道中基于到達(dá)角的定位方法
【專利摘要】一種煤礦巷道中基于到達(dá)角的定位方法，屬于煤礦巷道中的目標(biāo)定位方法。該定位方法的移動(dòng)目標(biāo)攜帶未知節(jié)點(diǎn)在巷道中行進(jìn)，期間周期性的廣播移動(dòng)無(wú)線電信號(hào)，該信號(hào)包含了與移動(dòng)目標(biāo)通信的前一基站的位置信息，記為privious；基站測(cè)得信號(hào)的到達(dá)角θ，將其和未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的privious信息存到自己的緩存中，隨后連同節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)信息(state)一起組成數(shù)據(jù)包發(fā)送給地面定位操作系統(tǒng)；根據(jù)公式UB′＝h/tanθ，找出未知節(jié)點(diǎn)的2個(gè)可能的坐標(biāo)；利用坐標(biāo)篩選方法，從2個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)中篩選出正確的坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。本發(fā)明只需要一個(gè)基站即可完成定位，不需要復(fù)雜的計(jì)算和其他設(shè)備的配合，無(wú)論是直線巷道、彎曲巷道還是分叉巷道，都有很高的適用性。
【專利說(shuō)明】一種煤礦巷道中基于到達(dá)角的定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤礦巷道中的目標(biāo)定位方法，特別是一種煤礦巷道中基于到達(dá)角 的定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 移動(dòng)目標(biāo)定位對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤礦井下的人員精細(xì)化管理、保障生產(chǎn)安全具有重要的意 義，是實(shí)現(xiàn)人員感知的前提、設(shè)備感知的基礎(chǔ)、災(zāi)害感知的關(guān)鍵，人員定位系統(tǒng)業(yè)已成為煤 礦"六大系統(tǒng)"中最為重要的系統(tǒng)之一。
[0003] 從定位方法看，可以將目標(biāo)定位分成基于測(cè)距和非測(cè)距兩大類?；跍y(cè)距的方法 通過(guò)測(cè)量節(jié)點(diǎn)間點(diǎn)到點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度、時(shí)間、時(shí)間差或角度，來(lái)直接或者間接確定節(jié)點(diǎn)位置， 這些方法就是常見(jiàn)的信號(hào)接收強(qiáng)度指示（RSSI)、到達(dá)時(shí)間（TOA)、到達(dá)時(shí)間差（TDOA)，以及 到達(dá)角度（AOA)。這類方法計(jì)算相對(duì)復(fù)雜、成本較高。而基于非測(cè)距的方法則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通 性等信息實(shí)現(xiàn)定位，依賴于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)之間的鄰域關(guān)系確定未知節(jié)點(diǎn)的位置，雖然在 成本、功耗等方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但是定位精度較低。
[0004] 從已有的定位系統(tǒng)來(lái)看，GSM通信系統(tǒng)、CDMA通信系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)這些地面常 用的手段無(wú)法直接用于煤礦井下。而現(xiàn)有的煤礦定位系統(tǒng)多數(shù)基于WiFi或者RFID等手段， 沒(méi)有充分考慮到礦井的拓?fù)涮攸c(diǎn)，定位精度通常在10米以上；部分系統(tǒng)存在嚴(yán)重的漂移現(xiàn) 象，目標(biāo)定位結(jié)果甚至到達(dá)了巷道之外，進(jìn)入了煤壁之中。
[0005] 因此，現(xiàn)在迫切需要設(shè)計(jì)顧及到煤礦井下定位特殊性的定位方法，在不明顯增加 計(jì)算復(fù)雜度的情況下使得定位精度大幅提聞，并抑制定位漂移。
[0006] 本發(fā)明在目前成熟的信號(hào)到達(dá)角精確測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，提出一種基于到達(dá)角的 定位方法。本發(fā)明可以克服非視距、多徑衰落的影響，尤其適用于煤礦井下環(huán)境。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是為煤礦井下巷道設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單靈活、不需復(fù)雜計(jì)算的 基于到達(dá)角的定位方法，解決基站部署數(shù)目少則定位精度低的問(wèn)題，克服RSSI方法中信號(hào) 動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致測(cè)距不準(zhǔn)的固有缺陷，提高礦井中的移動(dòng)目標(biāo)定位精度。
[0008] 技術(shù)方案：本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：該定位方法的基站沿巷道頂板中線布 置，移動(dòng)目標(biāo)攜帶未知節(jié)點(diǎn)在巷道中行進(jìn)，期間周期性的廣播移動(dòng)無(wú)線電信號(hào)，該信號(hào)包 含了與移動(dòng)目標(biāo)通信的前一基站的位置信息，記為privious;基站測(cè)得信號(hào)的到達(dá)角Θ， 將其和未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的privious信息存到自己的緩存中，隨后連同節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)信息 (state) -起組成數(shù)據(jù)包發(fā)送給地面定位操作系統(tǒng)；根據(jù)公式UB' =h/tan0找出未知節(jié) 點(diǎn)的2個(gè)可能的坐標(biāo)，式中U為未知節(jié)點(diǎn)，B'為基站B在巷道底板上的投影點(diǎn)；利用坐標(biāo)篩 選方法，從2個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)中篩選出正確的坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；
[0009] 具體步驟如下：
[0010] (1)移動(dòng)目標(biāo)攜帶未知節(jié)點(diǎn)在巷道中行進(jìn)，期間周期性的廣播無(wú)線電信號(hào)，該信號(hào) 包含了與移動(dòng)目標(biāo)通信的前一基站的位置信息，記為privious;
[0011](2)基站測(cè)得信號(hào)的到達(dá)角Θ，連同未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的privi〇us信息存到自己的緩 存中，隨后和節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)信息（state) -起組成數(shù)據(jù)包發(fā)送給地面定位操作系統(tǒng)；數(shù) 據(jù)包格式如下：
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦巷道中基于到達(dá)角的定位方法，其特征是：將基站沿巷道頂板中線布置， 移動(dòng)目標(biāo)攜帶未知節(jié)點(diǎn)在巷道中行進(jìn)，期間周期性的廣播移動(dòng)無(wú)線電信號(hào)，該信號(hào)包含了 與移動(dòng)目標(biāo)通信的前一基站的位置信息，記為privious ;基站測(cè)得信號(hào)的到達(dá)角0，將 其和未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的privious信息存到自己的緩存中，隨后連同節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)信息 (state) -起組成數(shù)據(jù)包發(fā)送給地面定位操作系統(tǒng)；根據(jù)公式UB' =h/tan0找出未知節(jié) 點(diǎn)的2個(gè)可能的坐標(biāo)，式中U為未知節(jié)點(diǎn)，B'為基站B在巷道底板上的投影點(diǎn)；利用坐標(biāo)篩 選方法，從2個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)中篩選出正確的坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；具體步驟如下： (1) 移動(dòng)目標(biāo)攜帶未知節(jié)點(diǎn)在巷道中行進(jìn)，期間周期性的廣播移動(dòng)無(wú)線電信號(hào)，該信號(hào) 包含了與移動(dòng)目標(biāo)通信的前一基站的位置信息，記為privious ; (2) 基站測(cè)得信號(hào)的到達(dá)角0，將其和未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的privious信息存儲(chǔ)到自己的緩 存中，隨后連同節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)信息（state) -起組成數(shù)據(jù)包發(fā)送給地面定位操作系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)包格式如下：
(3) 根據(jù)公式UB' = h/tan 0 ,找出未知節(jié)點(diǎn)的2個(gè)可能的坐標(biāo)； (4) 利用坐標(biāo)篩選方法，從2個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)中篩選出最適合的坐標(biāo)作為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦巷道中基于到達(dá)角的定位方法，其特征是：所述的坐標(biāo) 篩選方法步驟如下： a、 移動(dòng)目標(biāo)攜帶未知節(jié)點(diǎn)在巷道中行進(jìn)，期間周期性的廣播移動(dòng)無(wú)線電信號(hào)，該信號(hào) 包含了與移動(dòng)目標(biāo)通信的前一基站的位置信息，記為privious ; b、 節(jié)點(diǎn)相對(duì)基站的移動(dòng)，有趨近和遠(yuǎn)離兩個(gè)狀態(tài)，巷道中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度比較穩(wěn)定，假設(shè) 基站可以對(duì)巷道實(shí)現(xiàn)全覆蓋，即節(jié)點(diǎn)在巷道任意區(qū)域都可以和基站通信。只需用兩個(gè)基站 之間距離d的一半除以節(jié)點(diǎn)的平均移動(dòng)速度V就可以得到節(jié)點(diǎn)由趨近狀態(tài)轉(zhuǎn)換到遠(yuǎn)離狀態(tài) 的時(shí)間t ;在基站緩存中設(shè)立一個(gè)字段state,當(dāng)基站第一次收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送的privious信號(hào) 時(shí)，設(shè)置state為1,經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間t = d/2v后,將state置為0 ; c、 基站每次收到privious信號(hào)后，將其和到達(dá)角0、狀態(tài)信息state -起組成數(shù)據(jù) 包發(fā)送給地面操作系統(tǒng)；地面定位操作系統(tǒng)接收到基站發(fā)送的數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包中的 privious信息、基站ID可以判斷出當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向；根據(jù)state信息,判斷節(jié)點(diǎn)當(dāng)前 相對(duì)該基站的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，state為1是趨近該基站，state為0是遠(yuǎn)離該基站；符合節(jié)點(diǎn)當(dāng) 如運(yùn)動(dòng)方向和相對(duì)基站的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的點(diǎn)才是正確的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK104363655SQ201410730230
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】胡青松, 曹燦, 丁一珊, 張申, 吳立新 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)