基于UWB技术的矿井人员定位系统设计
发布时间：2020-12-17 12:43
为提升矿井人员的定位精度与实时性,针对基于WiFi、蓝牙、RFID和Zigbee等无线通信技术的矿井人员定位系统存在有效通信距离短、定位精度不高的局限,提出了一种基于超宽带(UWB)技术的矿井人员定位系统并在煤矿井下进行了应用。该系统利用到达时间测距方法(TOF),采用单个读卡器即可独立组网并实现对识别卡进行测距定位的结构形式设计,通过在读卡器内设置2块拥有TOF算法的射频模块,记录每个射频模块独立测量该模块与识别卡之间信号往返的到达时间,并依据算法公式计算出两节点之间的距离,来实现人员定位。通过现场实测和分析,认为该系统受环境影响小,定位精度高,进一步促进了井下人员定位技术的发展。
【文章来源】：陕西煤炭. 2020年06期
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
到达时间原理图
技术原理:根据UWB信号、TOF算法以及煤矿井下巷道的特点，设计了基于UWB技术的井下人员定位技术原理。采用主射频天线和辅射频天线进行TOF定位的系统结构，如图2所示。读卡器内设置2块拥有TOF算法的射频模块，分别称为主射频模块和辅射频模块。2个射频模块分别引出2条馈线，馈线终端分别接2个相同频率的天线。天线分别安装在读卡器的两侧，并且拉开一定距离。测距计算流程:具体定位测距计算流程如图3所示。(1)读卡器发射UWB信号，并将添加读卡器身份ID1与发射时间t1的信息表项调制到UWB信号中。(2)识别卡接收UWB信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t2字段。(3)识别卡处理信息表项，将识别卡的身份ID添加至信息表项中的ID2字段。(4)识别卡将发射时间添加至信息表项t3字段，并将信息表项调制至UWB信号作为应答信号发射出去。(5)读卡器接收识别卡的UWB应答信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t4字段。(6)读卡器根据信息表项的数据进行分析处理，提取信息表项中的ID2字段，确定携带该识别卡的人员身份信息;提取信息表项中的t1字段，确定UWB信号的发射时间t1;提取信息表项中的t2字段，确定UWB信号的接收时间t2;提取信息表项中的t3字段，确定应答信号的发射时间t3;提取信息表项中的t4字段，确定应答信号的接收时间t4;根据式(1)，计算识别卡距读卡器的距离L。
测距计算流程:具体定位测距计算流程如图3所示。(1)读卡器发射UWB信号，并将添加读卡器身份ID1与发射时间t1的信息表项调制到UWB信号中。(2)识别卡接收UWB信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t2字段。(3)识别卡处理信息表项，将识别卡的身份ID添加至信息表项中的ID2字段。(4)识别卡将发射时间添加至信息表项t3字段，并将信息表项调制至UWB信号作为应答信号发射出去。(5)读卡器接收识别卡的UWB应答信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t4字段。(6)读卡器根据信息表项的数据进行分析处理，提取信息表项中的ID2字段，确定携带该识别卡的人员身份信息;提取信息表项中的t1字段，确定UWB信号的发射时间t1;提取信息表项中的t2字段，确定UWB信号的接收时间t2;提取信息表项中的t3字段，确定应答信号的发射时间t3;提取信息表项中的t4字段，确定应答信号的接收时间t4;根据式(1)，计算识别卡距读卡器的距离L。2 系统功能与实测
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于UWB的地铁隧道定位系统设计[J]. 李伟杰,戴亚文,唐雨,王枫,水中和. 计算机测量与控制. 2019(08)
[2]大柳塔煤矿多系统融合联动应急救援系统[J]. 王飞. 陕西煤炭. 2019(04)
[3]基于软件无线电的测距系统[J]. 孔春雷,王泽昊. 数字技术与应用. 2019(07)
[4]基于TW-TOA的高精度室内定位系统的设计[J]. 李伟强. 计量与测试技术. 2019(04)
[5]UWB定位技术的应用研究[J]. 高思琪,孙建平. 仪器仪表用户. 2019(03)
[6]测距误差改正的超宽带定位系统研究[J]. 王川阳,王坚,余航,韩厚增,宁一鹏. 测绘科学. 2019(01)
[7]异步测时矿井人员精确定位方法[J]. 孙哲星,孙继平. 煤炭学报. 2018(05)
[8]超宽带通信室内非视距环境信道模型仿真分析[J]. 祁秀珍,张静,杨牛扣,闫俊鹏,杨宁,林晓,杨琼. 电子科技. 2016(12)
[9]基于时间差的无线传感器网络节点定位方法[J]. 景博,孙勇,张宗麟,张劼. 系统工程与电子技术. 2008(11)
[10]基于TDoA测距的传感器网络安全定位研究[J]. 陈鸿龙,李鸿斌,王智. 通信学报. 2008(08)
硕士论文
[1]基于UWB的人员定位及生理参数监测的研究[D]. 黄洁波.广东工业大学 2017
[2]煤矿井下UWB人员定位研究[D]. 丁龙.黑龙江科技大学 2013
本文编号：2922063
【文章来源】：陕西煤炭. 2020年06期
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
到达时间原理图
技术原理:根据UWB信号、TOF算法以及煤矿井下巷道的特点，设计了基于UWB技术的井下人员定位技术原理。采用主射频天线和辅射频天线进行TOF定位的系统结构，如图2所示。读卡器内设置2块拥有TOF算法的射频模块，分别称为主射频模块和辅射频模块。2个射频模块分别引出2条馈线，馈线终端分别接2个相同频率的天线。天线分别安装在读卡器的两侧，并且拉开一定距离。测距计算流程:具体定位测距计算流程如图3所示。(1)读卡器发射UWB信号，并将添加读卡器身份ID1与发射时间t1的信息表项调制到UWB信号中。(2)识别卡接收UWB信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t2字段。(3)识别卡处理信息表项，将识别卡的身份ID添加至信息表项中的ID2字段。(4)识别卡将发射时间添加至信息表项t3字段，并将信息表项调制至UWB信号作为应答信号发射出去。(5)读卡器接收识别卡的UWB应答信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t4字段。(6)读卡器根据信息表项的数据进行分析处理，提取信息表项中的ID2字段，确定携带该识别卡的人员身份信息;提取信息表项中的t1字段，确定UWB信号的发射时间t1;提取信息表项中的t2字段，确定UWB信号的接收时间t2;提取信息表项中的t3字段，确定应答信号的发射时间t3;提取信息表项中的t4字段，确定应答信号的接收时间t4;根据式(1)，计算识别卡距读卡器的距离L。
测距计算流程:具体定位测距计算流程如图3所示。(1)读卡器发射UWB信号，并将添加读卡器身份ID1与发射时间t1的信息表项调制到UWB信号中。(2)识别卡接收UWB信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t2字段。(3)识别卡处理信息表项，将识别卡的身份ID添加至信息表项中的ID2字段。(4)识别卡将发射时间添加至信息表项t3字段，并将信息表项调制至UWB信号作为应答信号发射出去。(5)读卡器接收识别卡的UWB应答信号，解调UWB信号中的信息表项，并将接收时间添加至信息表项中的t4字段。(6)读卡器根据信息表项的数据进行分析处理，提取信息表项中的ID2字段，确定携带该识别卡的人员身份信息;提取信息表项中的t1字段，确定UWB信号的发射时间t1;提取信息表项中的t2字段，确定UWB信号的接收时间t2;提取信息表项中的t3字段，确定应答信号的发射时间t3;提取信息表项中的t4字段，确定应答信号的接收时间t4;根据式(1)，计算识别卡距读卡器的距离L。2 系统功能与实测
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于UWB的地铁隧道定位系统设计[J]. 李伟杰,戴亚文,唐雨,王枫,水中和. 计算机测量与控制. 2019(08)
[2]大柳塔煤矿多系统融合联动应急救援系统[J]. 王飞. 陕西煤炭. 2019(04)
[3]基于软件无线电的测距系统[J]. 孔春雷,王泽昊. 数字技术与应用. 2019(07)
[4]基于TW-TOA的高精度室内定位系统的设计[J]. 李伟强. 计量与测试技术. 2019(04)
[5]UWB定位技术的应用研究[J]. 高思琪,孙建平. 仪器仪表用户. 2019(03)
[6]测距误差改正的超宽带定位系统研究[J]. 王川阳,王坚,余航,韩厚增,宁一鹏. 测绘科学. 2019(01)
[7]异步测时矿井人员精确定位方法[J]. 孙哲星,孙继平. 煤炭学报. 2018(05)
[8]超宽带通信室内非视距环境信道模型仿真分析[J]. 祁秀珍,张静,杨牛扣,闫俊鹏,杨宁,林晓,杨琼. 电子科技. 2016(12)
[9]基于时间差的无线传感器网络节点定位方法[J]. 景博,孙勇,张宗麟,张劼. 系统工程与电子技术. 2008(11)
[10]基于TDoA测距的传感器网络安全定位研究[J]. 陈鸿龙,李鸿斌,王智. 通信学报. 2008(08)
硕士论文
[1]基于UWB的人员定位及生理参数监测的研究[D]. 黄洁波.广东工业大学 2017
[2]煤矿井下UWB人员定位研究[D]. 丁龙.黑龙江科技大学 2013
本文编号：2922063
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