溜井中物料运动特征的无线检测方法研究
发布时间：2021-07-23 15:19
溜井是矿山生产中矿岩运输的重要装置,在使用过程中常出现变形、失稳和垮塌等严重问题,给矿山企业造成巨大的经济损失。为保证矿山溜井能够连续、稳定的投入生产使用,研究溜井内矿石运动特征对矿业生产的安全运行具有重要意义。文中采用无线定位技术研究实现了溜井内矿石运动特征的检测,主要工作包括:研究了超宽带技术在复杂环境下的定位特性,从理论上论证了超宽带（Ultra Wide-band,UWB）定位适合作为溜井检测的技术手段。由于接收信号强度（Received Signal Strength Indication,RSSI）定位技术易受外界环境干扰,定位精度较差;信号到达角度（Angle Of Arrival,AOA）定位技术需要布置天线阵列且不适合在多路径密集的环境下应用;而到达时间差（Time Difference Of Arrival,TDOA）定位技术能够充分利用UWB信号穿透能力强、抗多路径和高时间分辨率等优点,具有较高的定位精度。研究对比到达时间法（Time Of Arrival,TOA）以及飞行时间方法（Time of Flight,TOF）定位技术原理,总结出基于飞行时间的测距方法能...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
溜井
辽宁科技大学硕士学位论文9用如下表达式表示：%20CLHfff（2.1）或者：LHMHzff500（2.2）式中fH、fL分别为峰值功率下降10dB时所对应的高端频率和低端频率。fC表示中心频率，fC=（fH-fL）/2。FCC对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定了其有效全向发射功率（EffectiveIsotropicRadiatedPower,EIRP）不能大于-41.3dBm/MHz，以保证其对相同场所的其他通信系统不会造成干扰或影响。如下图2.1所示为超宽带技术与其他各类定位技术的功率对比图，根据图片信息很容易得出UWB技术是频谱最宽，并且辐射谱密度最低的定位技术。图2.1不同定位技术频谱对比图Fig.2.1Spectrumcomparisonofvariouspositioningtechniques2.2.2超宽带定位系统超宽带系统一般分为两大类：脉冲超宽带系统（IR-UWB）以及多载波超宽带系统（MC-UWB）[37]。由于第一类系统工作中发送和接受的都是占空比极窄的脉冲序列信号，并且是将超宽带信号调制到脉冲上发送出去，而不是通过调制载波。因此在传输过程中可能会改变发射功率，但是对其信号频谱位置不会造成
2.无线定位技术及其相关理论10影响，所以在大多数情况下IR-UWB是超宽带系统的主要选择。超宽带定位系统的基本结构组成主要分为三部分：有待测目标携带的移动标签、已知位置的定位基站以及中央处理系统[38]，如下图2.2所示。图2.2超宽带定位系统Fig.2.2UltraWidebandPositioningsystem（1）移动标签：在实现定位系统定位功能的过程中，移动标签需要在整个定位系统的信号检测覆盖范围内，移动标签自身可以发射UWB信号，也能反射来自定位基站的信号。具备信号发射功能的标签节点需要复杂的电路结构以满足UWB信号发射要求，仅实现反射功能的标签节点在工作原理上则相当于一个有源射频模块。（2）定位基站：根据检测目标的活动范围布置定位基站的空间位置，故而在整个待测区域的笛卡尔坐标系下定位基站的位置是已知的，并且系统所需基站数量由所搭建的区域类型决定，一般三维空间测量环境下要求基站数量m≥4。（3）中央处理系统：定位基站会按一定时间间隔向中央处理系统发送检测到的时间、信号强度等相关信息，中央处理器按照既定算法结算出移动标签的坐标位置信息。UWB系统在工作时通过两种数据交换方式实现定位功能，移动标签和定位基站都具备信号收发功能。当定位基站发射脉冲信号后，移动标签节点检测到该信号并对其进行能量补偿，再将信号发送回定位基站，在这个过程中移动标签不会提取信号里面的信息，只是在接收到目标信号后对其进行信号放大处理再重新发送给定位基站。另外一种工作方式，移动标签节点发送定位所需的脉冲信号，定位基站接收到该信号后来获取定位所需的信息。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波测距的高精度室内定位系统[J]. 谢地,鲁照权,丁浩峰,尤海龙,陈龙,苏明明. 传感器与微系统. 2019(10)
[2]一种改进的室内三维定位方法与实验[J]. 王韦刚,田龙彬,张云伟. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]基于CSS技术SDS-TWR的舰船舱内报警人员定位系统研究[J]. 曹保根,满真真,喻锡成,张建,赵红旗,吕传禄,倪健,邵壮超. 医疗卫生装备. 2019(02)
[4]主溜井矿石运移及井壁破坏特征的相似试验研究[J]. 刘艳章,张丙涛,叶义成,邹晓甜,张群,陈小强,潘世华. 采矿与安全工程学报. 2018(03)
[5]基于TDOA技术的工厂人员安防定位系统设计[J]. 胡自飞,文国军,梁荆璞,夏雨. 电子技术应用. 2018(05)
[6]基于基站LOS鉴别的TDOA室内定位算法[J]. 张雅,宋耀莲. 云南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[7]基于Kalman滤波的Chan室内定位算法改进[J]. 仲江涛,秦斌,吴健春,刘童. 通信技术. 2017(10)
[8]基于SDS-TWR算法的TOF精确定位系统[J]. 殷臻,黄慧哲,李伟,陆毅,贺乃宝,罗印升. 实验技术与管理. 2017(05)
[9]使用线性卡尔曼滤波进行WiFi-惯导的融合定位[J]. 刘健,孔雨晨. 电子测量技术. 2017(04)
[10]三维传感网空间RSS与AOA混合测量的精确定位方法[J]. 严长虹,马静. 传感技术学报. 2017(03)
硕士论文
[1]基于TOA定位算法在三维空间的研究与改进[D]. 杜如东.上海师范大学 2018
[2]基于UWB的室内定位系统研制[D]. 唐路.东南大学 2018
[3]基于UWB的应急演练中定位系统的设计与实现[D]. 张希明.西南石油大学 2016
[4]金山店铁矿主溜井内矿石运移及井壁磨损特征研究[D]. 王其飞.武汉科技大学 2015
[5]基于二次变频技术的UWB无线电光调制系统的研究[D]. 熊煜.电子科技大学 2012
本文编号：3299540
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
溜井
辽宁科技大学硕士学位论文9用如下表达式表示：%20CLHfff（2.1）或者：LHMHzff500（2.2）式中fH、fL分别为峰值功率下降10dB时所对应的高端频率和低端频率。fC表示中心频率，fC=（fH-fL）/2。FCC对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定了其有效全向发射功率（EffectiveIsotropicRadiatedPower,EIRP）不能大于-41.3dBm/MHz，以保证其对相同场所的其他通信系统不会造成干扰或影响。如下图2.1所示为超宽带技术与其他各类定位技术的功率对比图，根据图片信息很容易得出UWB技术是频谱最宽，并且辐射谱密度最低的定位技术。图2.1不同定位技术频谱对比图Fig.2.1Spectrumcomparisonofvariouspositioningtechniques2.2.2超宽带定位系统超宽带系统一般分为两大类：脉冲超宽带系统（IR-UWB）以及多载波超宽带系统（MC-UWB）[37]。由于第一类系统工作中发送和接受的都是占空比极窄的脉冲序列信号，并且是将超宽带信号调制到脉冲上发送出去，而不是通过调制载波。因此在传输过程中可能会改变发射功率，但是对其信号频谱位置不会造成
2.无线定位技术及其相关理论10影响，所以在大多数情况下IR-UWB是超宽带系统的主要选择。超宽带定位系统的基本结构组成主要分为三部分：有待测目标携带的移动标签、已知位置的定位基站以及中央处理系统[38]，如下图2.2所示。图2.2超宽带定位系统Fig.2.2UltraWidebandPositioningsystem（1）移动标签：在实现定位系统定位功能的过程中，移动标签需要在整个定位系统的信号检测覆盖范围内，移动标签自身可以发射UWB信号，也能反射来自定位基站的信号。具备信号发射功能的标签节点需要复杂的电路结构以满足UWB信号发射要求，仅实现反射功能的标签节点在工作原理上则相当于一个有源射频模块。（2）定位基站：根据检测目标的活动范围布置定位基站的空间位置，故而在整个待测区域的笛卡尔坐标系下定位基站的位置是已知的，并且系统所需基站数量由所搭建的区域类型决定，一般三维空间测量环境下要求基站数量m≥4。（3）中央处理系统：定位基站会按一定时间间隔向中央处理系统发送检测到的时间、信号强度等相关信息，中央处理器按照既定算法结算出移动标签的坐标位置信息。UWB系统在工作时通过两种数据交换方式实现定位功能，移动标签和定位基站都具备信号收发功能。当定位基站发射脉冲信号后，移动标签节点检测到该信号并对其进行能量补偿，再将信号发送回定位基站，在这个过程中移动标签不会提取信号里面的信息，只是在接收到目标信号后对其进行信号放大处理再重新发送给定位基站。另外一种工作方式，移动标签节点发送定位所需的脉冲信号，定位基站接收到该信号后来获取定位所需的信息。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波测距的高精度室内定位系统[J]. 谢地,鲁照权,丁浩峰,尤海龙,陈龙,苏明明. 传感器与微系统. 2019(10)
[2]一种改进的室内三维定位方法与实验[J]. 王韦刚,田龙彬,张云伟. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]基于CSS技术SDS-TWR的舰船舱内报警人员定位系统研究[J]. 曹保根,满真真,喻锡成,张建,赵红旗,吕传禄,倪健,邵壮超. 医疗卫生装备. 2019(02)
[4]主溜井矿石运移及井壁破坏特征的相似试验研究[J]. 刘艳章,张丙涛,叶义成,邹晓甜,张群,陈小强,潘世华. 采矿与安全工程学报. 2018(03)
[5]基于TDOA技术的工厂人员安防定位系统设计[J]. 胡自飞,文国军,梁荆璞,夏雨. 电子技术应用. 2018(05)
[6]基于基站LOS鉴别的TDOA室内定位算法[J]. 张雅,宋耀莲. 云南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[7]基于Kalman滤波的Chan室内定位算法改进[J]. 仲江涛,秦斌,吴健春,刘童. 通信技术. 2017(10)
[8]基于SDS-TWR算法的TOF精确定位系统[J]. 殷臻,黄慧哲,李伟,陆毅,贺乃宝,罗印升. 实验技术与管理. 2017(05)
[9]使用线性卡尔曼滤波进行WiFi-惯导的融合定位[J]. 刘健,孔雨晨. 电子测量技术. 2017(04)
[10]三维传感网空间RSS与AOA混合测量的精确定位方法[J]. 严长虹,马静. 传感技术学报. 2017(03)
硕士论文
[1]基于TOA定位算法在三维空间的研究与改进[D]. 杜如东.上海师范大学 2018
[2]基于UWB的室内定位系统研制[D]. 唐路.东南大学 2018
[3]基于UWB的应急演练中定位系统的设计与实现[D]. 张希明.西南石油大学 2016
[4]金山店铁矿主溜井内矿石运移及井壁磨损特征研究[D]. 王其飞.武汉科技大学 2015
[5]基于二次变频技术的UWB无线电光调制系统的研究[D]. 熊煜.电子科技大学 2012
本文编号：3299540
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