一种基于超宽带的井下车辆定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及井下采矿设备技术领域，尤其涉及一种基于超宽带的井下车辆定位方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，地下金属矿智能开采的主要内容是井下采矿设备的智能化，即实现井下铲 运设备的自主行驶、装卸，钻孔、装药设备的位置自动调控，这些都需要以设备在井下工作 过程中的精确位置为依据，因此井下设备的精确定位是实现车辆自主导航的关键性支撑技 术，是实现智能化开采的重要任务之一。
[0003] 对于井下车辆，如需实现车辆自主行驶，除了需要车辆实时的位置信息之外，还需 要清楚车辆的姿态，特别是井下车辆在大地坐标系下的绝对姿态，其中车辆行驶过程中的 航向角是车辆在已知规划路径行驶的关键参数。现有技术中井下车辆航向角测量还未有研 宄，基于多陀螺系统的航向角预测受到成本、安装方式、地磁影响等诸多方面的影响，还没 有成熟技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于超宽带的井下车辆定位方法，该方法能够克服传统 意义上因多径效应造成的井下测距困难，有效地为金属矿山井下车辆动态实时地提供位置 信息，并根据这类信息进行自主导航。
[0005] 一种基于超宽带的井下车辆定位方法，所述方法包括：
[0006] 在井下的定位基站内部设置两个核心的超宽带载波UWB模块；其中一个模块为信 标发送模块，用于定时发送信标包，该信标包用来让车载设备搜索到目前处于哪些定位基 站的覆盖范围；另外一个模块为定位模块，用来测距以及在测距的同时传递规定格式的无 线数据；
[0007] 在车载设备的内部设置相应的两个核心UWB模块；其中一个模块为搜星模块，用 于搜索所述定位基站发送的信标包，以确定所述车载设备目前处于哪些定位基站的覆盖范 围；另一个模块为定位模块，用来与所述定位基站内的定位模块配合来完成测距操作；
[0008] 通过将所述车载设备中的搜星模块和定位模块分开设置，实现对井下车辆的定 位。
[0009] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法能够克服传统意义上因多径效应 造成的井下测距困难，有效地为金属矿山井下车辆动态实时地提供位置信息，并根据这类 信息进行自主导航。
【附图说明】
[0010] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 附图。
[0011] 图1为本发明实施例所提供基于超宽带的井下车辆定位方法流程示意图；
[0012] 图2为本发明所举实例中双程测距法TW-TOF的图解示意图；
[0013] 图3为本发明所举实例中三边定位计算的示意图；
[0014] 图4为本发明所举实例中几何测距点过交的示意图；
[0015] 图5为本发明所举实例中几何测距点欠交的示意图；
[0016] 图6为本发明所举实例中航向角计算误差的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0018] 下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施 例所提供基于超宽带的井下车辆定位方法流程示意图，所述方法包括：
[0019] 步骤11 :在井下的定位基站内部设置有两个核心的超宽带载波UWB模块；
[0020] 在该步骤中，定位基站称为井下固定点，一般将其称为"锚点"，这里在定位基站内 部设置两个核心的超宽带载波UWB模块。
[0021] 其中一个模块为信标发送模块，用于定时发送信标包，该信标包用来让车载设备 搜索到目前处于哪几个定位基站的覆盖范围；另外一个模块为定位模块，用来测距以及在 测距的同时传递规定格式的无线数据。
[0022] 步骤12 :在车载设备的内部设置有相应的两个核心UWB模块；
[0023] 在该步骤中，车载设备称为移动定位点，在车载设备的内部设置有相应的两个核 心UWB模块。
[0024] 其中一个模块为搜星模块，用于搜索所述定位基站发送的信标包，以确定所述车 载设备目前处于哪些定位基站的覆盖范围内；另一个模块为定位模块，用来与所述定位基 站内的定位模块配合来完成测距操作。
[0025] 具体实现中，搜星模块可以基于到达时间差测量法TDOA(Timedifferenceof Arrival)来实现，具体来说：
[0026] TDOA是利用信号在不同路径（或相同路径不同介质）产生的时间差而计算位置信 息的。对于一般的电磁波定位系统，TD0A法可以检测信号到达两个"锚点"之间的时间差， 目标节点到任何两个参考节点的距离差Ad可以确定一条双曲线，其焦点位置为目标节点 到两个参考节点的位置，多个目标节点的多条双曲线交点即为定位位置。TDOA法相对于典 型T0A法来说，不需要锚点与移动定位点同步，而只需要锚点间时钟同步即可。因此，对于 移动定位点到锚点的同步偏差可以表示为：
[0027] TTD〇A -T「T2
[0028] 其中，公式中的t:t2分别表示不同锚点之间的测量同步偏差。按照此方法获得 的TDOA的估计值与原T0A的估计值是不独立的，因此进一步可以获得TDOA的估计值，计算 两个锚点接收信号的相关值，通过最大相关值得出相关时延，具体来说：
[0029]
【主权项】
1. 一种基于超宽带的井下车辆定位方法，其特征在于，所述方法包括： 在井下的定位基站内部设置两个核心的超宽带载波UWB模块；其中一个模块为信标发 送模块，用于定时发送信标包，该信标包用来让车载设备搜索到目前处于哪些定位基站的 覆盖范围；另外一个模块为定位模块，用来测距以及在测距的同时传递规定格式的无线数 据； 在车载设备的内部设置相应的两个核心UWB模块；其中一个模块为搜星模块，用于搜 索所述定位基站发送的信标包，以确定所述车载设备目前处于哪些定位基站的覆盖范围； 另一个模块为定位模块，用来与所述定位基站内的定位模块配合来完成测距操作； 通过将所述车载设备中的搜星模块和定位模块分开设置，实现对井下车辆的定位。
2. 根据权利要求1所述基于超宽带的井下车辆定位方法，其特征在于，所述方法还包 括： 所述定位基站内的定位模块根据所述车载设备上报的测距结果，通过三角定位算法， 计算出所述车载设备的实际位置并在地图上显示。
3. 根据权利要求1所述基于超宽带的井下车辆定位方法，其特征在于， 所述车载设备支持串行总线接口进行数据上传。
4. 根据权利要求1所述基于超宽带的井下车辆定位方法，其特征在于，所述方法还包 括： 所述车载设备中定位模炔基于信号时间双程测距法，利用收发节点间的信号往返时间 来计算与两个参考节点的距离。
5. 根据权利要求1所述基于超宽带的井下车辆定位方法，其特征在于，所述方法还包 括： 通过安装双定位传感器在所述车载设备的刚性连接点处，利用双实时定位来推算航向 角。
6. 根据权利要求5所述基于超宽带的井下车辆定位方法，其特征在于， 所推算出的航向角的误差由UWB系统的定位误差所决定。
7. 根据权利要求6所述基于超宽带的井下车辆定位方法，其特征在于， 所述航向角的误差控制在-1.45°到1.45°之内。
【专利摘要】本发明公开了一种基于超宽带的井下车辆定位方法，在井下的定位基站内部设置两个核心的超宽带载波UWB模块；其中一个模块为信标发送模块，用于定时发送信标包，该信标包用来让车载设备搜索到目前处于哪些定位基站的覆盖范围；另外一个模块为定位模块，用来测距以及在测距的同时传递规定格式的无线数据；在车载设备的内部设置相应的两个核心UWB模块；通过将所述车载设备中的搜星模块和定位模块分开设置，实现对井下车辆的定位。该方法能够克服传统意义上因多径效应造成的井下测距困难，有效地为金属矿山井下车辆动态实时地提供位置信息，并根据这类信息进行自主导航。
【IPC分类】G01S5-10
【公开号】CN104698437
【申请号】CN201510141840
【发明人】陆博, 刘立, 赵建军, 孟宇, 方文, 郭振宇, 卢双豪, 王志民
【申请人】北京矿冶研究总院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月27日