礦井精確定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種礦井精確定位方法及系統(tǒng)，所述定位方法包括：設(shè)置若干定位基站和若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的標(biāo)示卡；通過(guò)測(cè)量定位基站發(fā)出的信號(hào)飛行到標(biāo)示卡的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)，或測(cè)量標(biāo)示卡發(fā)出的信號(hào)飛行到定位基站的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)；并且根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。本發(fā)明可在不需要部署定位輔助基站的情況下即可實(shí)現(xiàn)礦井精確定位的方法，降低了成本，大大簡(jiǎn)化了工程安裝和部署難度，且無(wú)需定位基站與標(biāo)示卡時(shí)間同步。
【專利說(shuō)明】礦井精確定位方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于位置定位【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種定位系統(tǒng)，尤其涉及一種礦井精確定位 方法；同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種礦井精確定位系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 礦井開(kāi)采作為安全事故頻發(fā)的重工業(yè)，對(duì)安全監(jiān)督管理系統(tǒng)的要求很高。礦井人 員的位置監(jiān)測(cè)在礦井生產(chǎn)管理、安全決策、搶險(xiǎn)救災(zāi)等方面具有舉足輕重的作用。目前國(guó)內(nèi) 投入使用的礦井位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般僅支持對(duì)井下人員與設(shè)備所處區(qū)域范圍的查詢與統(tǒng)計(jì)， 區(qū)域定位覆蓋半徑為15?300m不等。由于無(wú)法提供準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的位置信息，一旦礦井發(fā)生 緊急事故災(zāi)害，現(xiàn)有區(qū)域定位系統(tǒng)將無(wú)法為搶險(xiǎn)救援提供有效的信息支持。而井下高精度 定位系統(tǒng)提供的信息將在判定遇險(xiǎn)人員位置、擬定搶險(xiǎn)線路、保證救災(zāi)安全等方面發(fā)揮關(guān) 鍵作用，最大限度地挽回人員生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失。
[0003] 發(fā)明專利說(shuō)明書(shū)CN102625238A中公開(kāi)了一種礦井精確定位方法，通過(guò)配套部署 定位主基站和輔助基站，并測(cè)量定位主基站和輔助基站與定位卡之間的距離；根據(jù)定位主 基站與定位卡之間的距離以及定位輔助基站與定位卡之間的距離判斷定位卡的方向，對(duì)定 位卡的位置進(jìn)行精確定位。
[0004] 上述方案的突出問(wèn)題就是要同時(shí)部署定位主用基站和輔助基站才能夠?qū)Χㄎ豢?的位置進(jìn)行精確定位，不僅僅增加了系統(tǒng)的成本，并且給工程施工、布線和系統(tǒng)的維護(hù)增 加了難度。同時(shí)，對(duì)于煤礦井下存在的三叉巷道、多叉巷道，輔助定位基站就無(wú)法判斷定 位卡的方向。另外上述方案是通過(guò)測(cè)量定位基站到定位卡之間無(wú)線信號(hào)的傳播延遲時(shí)間 tl (TOF，Time Of Flight)，再根據(jù)電磁波在空氣中傳播的速度C，通過(guò)計(jì)算傳播延遲時(shí)間tl 乘以電磁波在空氣中傳播的速度c即可得出定位基站與定位卡之間的距離，這就需要定位 基站和標(biāo)示卡之間需要極其嚴(yán)格的時(shí)間同步，嚴(yán)格時(shí)間同步需要增加昂貴的電子部件才可 以做到，極大的增加了成本。
[0005] 有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的定位方法，以便克服現(xiàn)有定位方式的上述 缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種礦井精確定位方法，可在不需要部署定 位輔助基站的情況下即可實(shí)現(xiàn)礦井精確定位的方法，降低了成本，大大簡(jiǎn)化了工程安裝和 部署難度，且無(wú)需定位基站與標(biāo)示卡時(shí)間同步。
[0007] 此外，本發(fā)明還提供一種礦井精確定位系統(tǒng)，可在不需要部署定位輔助基站的情 況下即可實(shí)現(xiàn)礦井精確定位的方法，降低了成本，大大簡(jiǎn)化了工程安裝和部署難度，且無(wú)需 定位基站與標(biāo)示卡時(shí)間同步。
[0008] 針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于T0F(無(wú)線信號(hào)飛行時(shí)間）和智能天線相結(jié) 合的技術(shù)，在不需要部署定位輔助基站即可實(shí)現(xiàn)礦井精確定位的方法，其包括下列步驟：設(shè) 置若干定位基站和若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的定位卡，通過(guò)測(cè)量定位基 站發(fā)出的信號(hào)飛行到標(biāo)示卡的時(shí)間（或者測(cè)量標(biāo)示卡發(fā)出的信號(hào)飛行到定位基站的時(shí)間） 來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)；并且根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝 定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相 對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示 卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。
[0009] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種礦井精確定位方法，所述定位方法包括：
[0011] 設(shè)置若干定位基站和若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的 標(biāo)示卡；通過(guò)測(cè)量定位基站發(fā)出的信號(hào)飛行到標(biāo)示卡的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)，或者測(cè)量 標(biāo)示卡發(fā)出的信號(hào)飛行到定位基站的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)；并且根據(jù)定位基站在煤礦井 下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之 間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào) 飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位；
[0012] 所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、第一 CPU、第一 定時(shí)器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的天線數(shù)目，第一 CPU分別連 接智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天線；定位的標(biāo)示卡主要包括： 第二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天線，第二CPU分別連接第二無(wú)線射頻 模塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線；
[0013] 所述方法具體包括：
[0014] 步驟S1、定位交互步驟；包括：
[0015] -步驟S11、發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確 時(shí)間為T(mén)1 ;發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站；
[0016] -步驟S12、接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精 確時(shí)間為T(mén)2 ;
[0017] -步驟S13、接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確 時(shí)間為T(mén)3 ;
[0018] -步驟S14、發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的 精確時(shí)間為T(mén)4 ;
[0019] -步驟S2、精確定位步驟；通過(guò)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof :
[0020] T2-T1 = tof - offset ；式 1
[0021] T4-T3 = tof+offset ；式 2
[0022] 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2_Τ1))/2 ;
[0023] tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1)) /2 ;
[0024] 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛 行時(shí)間：
[0025] 步驟S3、通過(guò)上述等式計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，再乘以無(wú)線信號(hào)的傳輸速度就 得到標(biāo)示卡和定位基站之間的距離；
[0026] 步驟S4、根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的 無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定 位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精 確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位；
[0027] 步驟S5、分別計(jì)算標(biāo)示卡與多個(gè)定位基站的距離，通過(guò)標(biāo)示卡與多個(gè)定位基站的 距離，對(duì)標(biāo)示卡進(jìn)行精確定位。
[0028] -種礦井精確定位方法，所述定位方法包括：
[0029] 設(shè)置若干定位基站，以及若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位 的標(biāo)示卡；通過(guò)測(cè)量定位基站發(fā)出的信號(hào)飛行到標(biāo)示卡的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)，或者測(cè) 量標(biāo)示卡發(fā)出的信號(hào)飛行到定位基站的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)；
[0030] 所述方法具體包括：
[0031] 步驟S1、定位交互步驟；包括：
[0032] -步驟S11、發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確 時(shí)間為T(mén)1 ;發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站；
[0033] -步驟S12、接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精 確時(shí)間為T(mén)2 ;
[0034] -步驟S13、接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確 時(shí)間為T(mén)3 ;
[0035] -步驟S14、發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的 精確時(shí)間為T(mén)4 ;
[0036] 步驟S2、飛行時(shí)間獲取步驟；通過(guò)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof :
[0037] T2-T1 = tof - offset ；式 1
[0038] T4-T3 = tof+offset ；式 2
[0039] 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2_Τ1))/2 ;
[0040] tof = ((Τ4-Τ3)+(Τ2-Τ1))/2 ;
[0041] 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛 行時(shí)間：
[0042] 步驟S3、通過(guò)上述等式計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，再乘以無(wú)線信號(hào)的傳輸速度就 得到標(biāo)示卡和定位基站之間的距離。
[0043] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位 置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天 線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的 距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。
[0044] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú) 線射頻模塊、第一 CPU、第一定時(shí)器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的 天線數(shù)目，第一 CPU分別連接智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天 線.
[0045] 定位的標(biāo)示卡主要包括：第二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天 線，第二CPU分別連接第二無(wú)線射頻模塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線。
[0046] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在筆直的井下巷道，定位基站安裝左右2個(gè)定向天 線；在三叉巷道，定位基站在三個(gè)方向分別安裝一個(gè)定向天線。
[0047] 一種礦井精確定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)包括：
[0048] 若干定位基站；
[0049] 若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的標(biāo)示卡；
[0050] 第一時(shí)間記錄模塊，用以在發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該 時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)1 ;發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站；
[0051] 第二時(shí)間記錄模塊，用以在接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄 該時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)2 ;
[0052] 第三時(shí)間記錄模塊，用以在接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該 時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)3 ;
[0053] 第四時(shí)間記錄模塊，用以在發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記 錄該時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)4 ;
[0054] 飛行時(shí)間獲取模塊，用以根據(jù)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof :
[0055] T2-T1 = tof - offset ；式 1
[0056] T4-T3 = tof+offset ；式 2
[0057] offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2-Τ1))/2 ；
[0058] tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1)) /2 ;
[0059] 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛 行時(shí)間：
[0060] 距離獲取模塊，用以根據(jù)計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，飛行時(shí)間tof再乘以無(wú)線信號(hào) 的傳輸速度，得到標(biāo)示卡和定位基站之間的距離。
[0061] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述系統(tǒng)還包括精確定位模塊，用以根據(jù)定位基站 在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和 定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的 通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。
[0062] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú) 線射頻模塊、第一 CPU、第一定時(shí)器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的 天線數(shù)目，第一 CPU分別連接智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天 線.
[0063] 定位的標(biāo)示卡主要包括：第二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天 線，第二CPU分別連接第二無(wú)線射頻模塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線。
[0064] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在筆直的井下巷道，定位基站安裝左右2個(gè)定向天 線；在三叉巷道，定位基站在三個(gè)方向分別安裝一個(gè)定向天線。
[0065] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的礦井精確定位方法及系統(tǒng)，將T0F(無(wú)線信 號(hào)飛行時(shí)間）和智能天線相結(jié)合的技術(shù)，在不需要部署定位輔助基站即可實(shí)現(xiàn)礦井精確定 位的方法，降低了成本，大大簡(jiǎn)化了工程安裝和部署難度；同時(shí)對(duì)于煤礦井下存在的三叉巷 道、多叉巷道，可以通過(guò)部署多個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)示卡的精確定位，且無(wú)需定位基站與標(biāo)示卡 時(shí)間同步。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0066] 圖1為本發(fā)明方法中定位交互步驟的示意圖。
[0067] 圖2為本發(fā)明方法的流程圖。
[0068] 圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中定位基站的組成示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0069] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0070] 實(shí)施例一
[0071] 本發(fā)明揭示一種礦井精確定位方法，所述定位方法包括：設(shè)置若干定位基站和若 干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的標(biāo)示卡；通過(guò)測(cè)量定位基站發(fā)出的 信號(hào)飛行到標(biāo)示卡的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)，或者測(cè)量標(biāo)示卡發(fā)出的信號(hào)飛行到定位基站 的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)；并且根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方 向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定 位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得 到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。
[0072] 所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、第一 CPU、第一 定時(shí)器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的天線數(shù)目，第一 CPU分別連 接智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天線。定位的標(biāo)示卡主要包括： 第二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天線，第二CPU分別連接第二無(wú)線射頻 模塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線。
[0073] 請(qǐng)參閱圖1、圖2,所述方法具體包括：
[0074] 【步驟S1】定位交互步驟；如圖1所示，定位交互步驟具體包括：
[0075] -步驟S11、發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確 時(shí)間為T(mén)1 ;發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站；
[0076] -步驟S12、接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精 確時(shí)間為T(mén)2 ;
[0077] -步驟S13、接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確 時(shí)間為T(mén)3 ;
[0078] -步驟S14、發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的 精確時(shí)間為T(mén)4;
[0079] 【步驟S2】精確定位步驟；通過(guò)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof :
[0080] T2-T1 = tof - offset ；式 1
[0081] T4-T3 = tof+offset ；式 2
[0082] 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2_Τ1))/2 ;
[0083] tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1)) /2 ;
[0084] 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛 行時(shí)間：
[0085] 【步驟S3】通過(guò)上述等式計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，再乘以無(wú)線信號(hào)的傳輸速度就 得到標(biāo)示卡和定位基站之間的距離；
[0086]【步驟S4】根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的 無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定 位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精 確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位；
[0087] 當(dāng)然，所述方法還可以報(bào)考步驟S5 :分別計(jì)算標(biāo)示卡與多個(gè)定位基站的距離，通 過(guò)標(biāo)示卡與多個(gè)定位基站的距離，對(duì)標(biāo)示卡進(jìn)行精確定位。
[0088] 實(shí)施例二
[0089] 本發(fā)明還揭示一種礦井精確定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)包括：若干定位基站、若干與 所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的標(biāo)示卡，第一時(shí)間記錄模塊、第二時(shí)間 記錄模塊、第三時(shí)間記錄模塊、第四時(shí)間記錄模塊、飛行時(shí)間獲取模塊、距離獲取模塊。
[0090] 第一時(shí)間記錄模塊用以在發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該 時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)1 ;發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站；
[0091] 第二時(shí)間記錄模塊用以在接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄 該時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)2 ;
[0092] 第三時(shí)間記錄模塊用以在接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該 時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)3 ;
[0093] 第四時(shí)間記錄模塊用以在發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記 錄該時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)4 ;
[0094] 飛行時(shí)間獲取模塊用以根據(jù)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof :
[0095] T2-T1 = tof - offset ；式 1
[0096] T4-T3 = tof+offset ；式 2
[0097] offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2-Τ1))/2 ；
[0098] tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1)) /2 ;
[0099] 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛 行時(shí)間：
[0100] 距離獲取模塊用以根據(jù)計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，飛行時(shí)間tof再乘以無(wú)線信號(hào) 的傳輸速度，得到標(biāo)示卡和定位基站之間的距離。
[0101] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還可以包括精確定位模塊，用以根據(jù)定位基站在煤礦井下所處 的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信 使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí) 間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。
[0102] 本實(shí)施例中，如圖3所示，所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú)線 射頻模塊、第一 CPU、第一定時(shí)器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的天 線數(shù)目，第一 CPU分別連接智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天線。 在筆直的井下巷道，定位基站安裝左右2個(gè)定向天線；在三叉巷道，定位基站在三個(gè)方向分 別安裝一個(gè)定向天線。
[0103] 定位的標(biāo)示卡主要包括：第二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天 線，第二CPU分別連接第二無(wú)線射頻模塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線。
[0104] 上述的定位基站和標(biāo)示卡的無(wú)線射頻模塊可以采用TI公司的CC1101射頻芯片； 而高性能的ARM CPU和高精度32位定時(shí)器模塊，則都選用一顆基于ARM core的SoC芯片。
[0105] 為了獲取報(bào)文發(fā)送和接收時(shí)刻的精確時(shí)間，本發(fā)明利用了 CC1101射頻芯片的硬 件中斷輸出功能和ARM處理器的高精度32位定時(shí)器進(jìn)行外部中斷硬件的捕獲功能，在 CC1101發(fā)送或者接收到定位報(bào)文的時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生中斷，該中斷管腳連接到ARM處理器的定 位器捕獲功能引腳，由定位器硬件自動(dòng)捕獲到報(bào)文的發(fā)送和接收的精確時(shí)間信息。
[0106] 接下來(lái)就是獲取標(biāo)示卡相對(duì)定位基站的方位信息，通過(guò)定位基站上在每個(gè)巷道方 向安裝定向天線，使用智能天線控制算法跟蹤標(biāo)示卡的信號(hào)強(qiáng)度信息，然后選擇指向標(biāo)示 卡方向的天線進(jìn)行定位報(bào)文的接收和發(fā)送，這樣就可以獲得標(biāo)示卡相對(duì)定位基站的方位信 息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確 定位。
[0107] 綜上所述，本發(fā)明提出的礦井精確定位方法及系統(tǒng)，將T0F (無(wú)線信號(hào)飛行時(shí)間） 和智能天線相結(jié)合的技術(shù)，在不需要部署定位輔助基站即可實(shí)現(xiàn)礦井精確定位的方法，降 低了成本，大大簡(jiǎn)化了工程安裝和部署難度；同時(shí)對(duì)于煤礦井下存在的三叉巷道、多叉巷 道，可以通過(guò)部署多個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)示卡的精確定位。
[0108] 這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例 中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明 的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn) 行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1. 一種礦井精確定位方法，其特征在于，所述定位方法包括： 設(shè)置若干定位基站和若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的標(biāo)示 卡；通過(guò)測(cè)量定位基站發(fā)出的信號(hào)飛行到標(biāo)示卡的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)，或者測(cè)量標(biāo)示 卡發(fā)出的信號(hào)飛行到定位基站的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)；并且根據(jù)定位基站在煤礦井下所 處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通 信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行 時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位； 所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、第一 CPU、第一定時(shí) 器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的天線數(shù)目，第一 CPU分別連接智 能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天線；定位的標(biāo)示卡主要包括：第 二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天線，第二CPU分別連接第二無(wú)線射頻模 塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線； 所述方法具體包括： 步驟S1、定位交互步驟；包括： -步驟S11、發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確時(shí)間 為T(mén)1 ;發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站； -步驟S12、接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確時(shí) 間為T(mén)2 ; -步驟S13、接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確時(shí)間 為T(mén)3 ; -步驟S14、發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確 時(shí)間為T(mén)4 ; -步驟S2、精確定位步驟；通過(guò)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof : T2-T1 = tof - offset ；式 1 T4-T3 = tof+offset ；式 2 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2-Τ1))/2 ; tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1))/2 ； 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛行時(shí) 間： 步驟S3、通過(guò)上述等式計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，再乘以無(wú)線信號(hào)的傳輸速度就得到 標(biāo)示卡和定位基站之間的距離； 步驟S4、根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線 天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基 站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位 置，實(shí)現(xiàn)精確定位； 步驟S5、分別計(jì)算標(biāo)示卡與多個(gè)定位基站的距離，通過(guò)標(biāo)示卡與多個(gè)定位基站的距離， 對(duì)標(biāo)示卡進(jìn)行精確定位。
2. -種礦井精確定位方法，其特征在于，所述定位方法包括： 設(shè)置若干定位基站，以及若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的標(biāo) 示卡；通過(guò)測(cè)量定位基站發(fā)出的信號(hào)飛行到標(biāo)示卡的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)，或者測(cè)量標(biāo) 示卡發(fā)出的信號(hào)飛行到定位基站的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)； 所述方法具體包括： 步驟S1、定位交互步驟；包括： -步驟S11、發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)1 ; 發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站； -步驟S12、接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文，并且使用定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確時(shí)間為 T2 ； -步驟S13、接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)3 ; -步驟S14、發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文，并且使用定時(shí)器記錄該時(shí)刻的精確時(shí)間為 T4 ； 步驟S2、飛行時(shí)間獲取步驟；通過(guò)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof : T2-T1 = tof - offset ；式 1 T4-T3 = tof+offset ；式 2 得到：offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2-Τ1))/2 ; tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1))/2 ； 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛行時(shí) 間： 步驟S3、通過(guò)上述等式計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，再乘以無(wú)線信號(hào)的傳輸速度就得到 標(biāo)示卡和定位基站之間的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井精確定位方法，其特征在于： 所述方法根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線 天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息，計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基 站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信息，從而得到標(biāo)示卡的精確位 置，實(shí)現(xiàn)精確定位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井精確定位方法，其特征在于： 所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、第一 CPU、第一定時(shí) 器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的天線數(shù)目，第一 CPU分別連接智 能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天線； 定位的標(biāo)示卡主要包括：第二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天線，第 二CPU分別連接第二無(wú)線射頻模塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦井精確定位方法，其特征在于： 在筆直的井下巷道，定位基站安裝左右2個(gè)定向天線；在三叉巷道，定位基站在三個(gè)方 向分別安裝一個(gè)定向天線。
6. -種礦井精確定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)包括： 若干定位基站； 若干與所述定位基站采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行通信的用來(lái)定位的標(biāo)示卡； 第一時(shí)間記錄模塊，用以在發(fā)送者發(fā)送定位請(qǐng)求報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻 的精確時(shí)間為T(mén)1 ;發(fā)送者為標(biāo)示卡或定位基站； 第二時(shí)間記錄模塊，用以在接收者接收到定位請(qǐng)求報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí) 刻的精確時(shí)間為T(mén)2 ; 第三時(shí)間記錄模塊，用以在接收者發(fā)送定位應(yīng)答報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該時(shí)刻 的精確時(shí)間為T(mén)3 ; 第四時(shí)間記錄模塊，用以在發(fā)送者者接收到定位應(yīng)答報(bào)文時(shí)使用高精度定時(shí)器記錄該 時(shí)刻的精確時(shí)間為T(mén)4 ; 飛行時(shí)間獲取模塊，用以根據(jù)式1、式2計(jì)算飛行時(shí)間tof : T2-T1 = tof - offset ；式 1 T4-T3 = tof+offset ；式 2 offset = ((Τ4-Τ3)-(Τ2-Τ1))/2 ； tof = ((Τ4-Τ3) + (Τ2-Τ1))/2 ； 其中，offset變量表示發(fā)送者和接收者的時(shí)鐘偏移，tof變量表示計(jì)算出來(lái)的飛行時(shí) 間： 距離獲取模塊，用以根據(jù)計(jì)算出飛行時(shí)間tof之后，飛行時(shí)間tof再乘以無(wú)線信號(hào)的傳 輸速度，得到標(biāo)示卡和定位基站之間的距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦井精確定位系統(tǒng)，其特征在于： 所述系統(tǒng)還包括精確定位模塊，用以根據(jù)定位基站在煤礦井下所處的巷道位置，在各 個(gè)巷道方向安裝定向的無(wú)線天線，通過(guò)獲取定位基站和定位卡之間通信使用的天線信息， 計(jì)算出定位卡相對(duì)于定位基站的方位信息，結(jié)合上述的通過(guò)信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)量的距離信 息，從而得到標(biāo)示卡的精確位置，實(shí)現(xiàn)精確定位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦井精確定位系統(tǒng)，其特征在于： 所述定位基站主要包括：智能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、第一 CPU、第一定時(shí) 器模塊、第一天線，根據(jù)基站實(shí)際布放位置選擇安裝不同的天線數(shù)目，第一 CPU分別連接智 能天線控制模塊、第一無(wú)線射頻模塊、定時(shí)器模塊、第一天線； 定位的標(biāo)示卡主要包括：第二無(wú)線射頻模塊、第二CPU、第二定時(shí)器模塊、第二天線，第 二CPU分別連接第二無(wú)線射頻模塊、第二定時(shí)器模塊、第二天線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的礦井精確定位系統(tǒng)，其特征在于： 在筆直的井下巷道，定位基站安裝左右2個(gè)定向天線；在三叉巷道，定位基站在三個(gè)方 向分別安裝一個(gè)定向天線。
【文檔編號(hào)】G01S5/02GK104062629SQ201410317062
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】曾照恒 申請(qǐng)人:引通通訊科技（上海）有限公司