基于可见光的煤矿井下人员定位系统研究

发布时间：2021-12-31 09:25

　　煤矿资源关乎着我国社会建设和民营生活,而我国的煤炭资源多分布在地下,因此煤炭的安全生产以及建立健全的煤矿井下定位系统引起了国家极大的关注。相较于现有WiFi、蓝牙和射频识别等定位技术而言,可见光通信定位技术具有频谱资源丰富、系统成本低、无电磁干扰、通信机密性好和兼容性强等优势。基于此,本文针对于复杂多变的煤矿井下环境,建立基于可见光通信的煤矿井下人员定位系统。本文主要工作如下:针对煤矿井下的可见光二维定位展开研究,利用蒙特卡罗算法对煤矿井下的多径反射现象展开分析,进一步选取最优视场角以减少干扰功率接收,并采用卡尔曼滤波算法优化接收功率以及分析倾斜状态下的可见光通信模型。通过干扰问题分析后,提出采用改进质心加权算法进行二维定位,仿真结果表明最大定位误差由优化前的7.3cm降低至2.6cm,平均定位误差由优化前的4.6cm降低至2.03cm,同时验证了LED阵列的布局模式对定位精度和光功率分布存在着极大影响。针对煤矿井下工作面光照度和功率分布不均匀的问题展开研究,提出将大LED阵列划分为小LED阵列并均匀分布于发射平面,通过研究阵列间距离和半功率角对系统性能的影响,选用遗传算法优化系统参数... 

【文章来源】：重庆邮电大学重庆市

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

卫星定位系统示意图

3 煤矿井下人员定位技术目前较为成熟的室外定位系统广泛使用在军事和民用领域，比如美国的全球位系统，俄罗斯的格洛纳斯系统，以及我国自主研发的北斗卫星定位系统[22]。图 1.1 所示为卫星定位系统示意图，通过测量卫星信号的传输时间再乘以光速即得到卫星与接收端的距离，根据多颗卫星收发端的相关数据就可算得接收端的体位置。然而，煤矿井下一般处于地下几百米乃至几千米，卫星定位系统的信在穿透固体时会受到严重的衰减和阴影效应，使得井下环境接收到的信号十分弱，无法满足定位需求[23]。近些年来，随着无线通信技术的迅速发展，针对于矿井下人员定位的难题，国内外现已设计出多种矿下人员定位管理系统，图 1.2示为煤矿井下的定位示意图，定位技术主要包括超声波、红外、蓝牙、WiFi、频识别(Radio Frequency IDentification，RFID)、ZigBee、超带宽[24]等。

2 章 煤矿井下可见光通信系统定位模型及定位算法分析.1 可见光通信系统VLC 系统大体的组成结构分为发射部分、信道模型和接收部分，如图 2.1为系统的整体结构图，系统通过 LED 驱动电路将包含通信信息的电信号转换信号，然后对光信号进行编码和调制，继而将光信号通过 LED 广播发射[35]。收端部分大多采用光电二极管(Photo-Diode，PD)作为接收器，PD 将接收到的号重新恢复成电信号，并通过物理层进行解调和解码，最后得到原始电信号含的信息。其中强度调制/直接检测(Intensity Modulation/Direct Detection，IM/D发射器最常用的调制方式，其通过控制加载到发射器的原始电信号从而影响号强度[36]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RSSI井下人员定位Trilateration-GSA算法研究[J]. 白璐,王然风.  煤炭工程. 2018(12)
[2]基于位置感知网络的井下人员定位研究[J]. 薛凯娟,樊智.  煤炭技术. 2018(10)
[3]兼顾照明的可见光MIMO通信系统模型[J]. 朱彤,赵黎,刘智港,张峰.  红外与激光工程. 2018(08)
[4]一种自适应多策略行为粒子群优化算法[J]. 张强,李盼池.  控制与决策. 2020(01)
[5]基于超声波的室内可见光通信测距研究[J]. 秦安碧,张仁永.  激光杂志. 2018(06)
[6]利用改进粒子群优化算法解调光传感重叠光谱信号[J]. 陈勇,程亚男,刘焕淋.  中国激光. 2018(07)
[7]基于时间测距的矿井人员定位方法研究[J]. 孙哲星.  工矿自动化. 2018(04)
[8]室内可见光通信MIMO信道相关性研究[J]. 郭心悦,李双双.  半导体光电. 2018(01)
[9]室内可见光通信系统光源LED布局优化与性能分析[J]. 王加安,车英,郭林炀,王馨兰.  中国激光. 2018(05)
[10]基于射线跟踪的AOA定位算法的GDOP研究[J]. 孔范增,郭敏,任修坤,郑娜娥.  计算机工程与科学. 2018(01)

硕士论文
[1]基于可见光通信的室内定位技术的研究[D]. 喻宁波.湖南大学 2016
[2]基于LED通信的室内定位方法研究[D]. 唐钱胜.电子科技大学 2016
[3]煤矿工作面可见光通信系统关键技术研究[D]. 马秀萍.中国矿业大学 2014



本文编号：3560012