一种煤矿巷道中基于到达角的定位方法
【专利摘要】一种煤矿巷道中基于到达角的定位方法，属于煤矿巷道中的目标定位方法。该定位方法的移动目标携带未知节点在巷道中行进，期间周期性的广播移动无线电信号，该信号包含了与移动目标通信的前一基站的位置信息，记为privious；基站测得信号的到达角θ，将其和未知节点发送的privious信息存到自己的缓存中，随后连同节点的当前状态信息(state)一起组成数据包发送给地面定位操作系统；根据公式UB′＝h/tanθ，找出未知节点的2个可能的坐标；利用坐标筛选方法，从2个坐标点中筛选出正确的坐标作为未知节点坐标。本发明只需要一个基站即可完成定位，不需要复杂的计算和其他设备的配合，无论是直线巷道、弯曲巷道还是分叉巷道，都有很高的适用性。
【专利说明】一种煤矿巷道中基于到达角的定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤矿巷道中的目标定位方法，特别是一种煤矿巷道中基于到达角 的定位方法。
【背景技术】
[0002] 移动目标定位对于实现煤矿井下的人员精细化管理、保障生产安全具有重要的意 义，是实现人员感知的前提、设备感知的基础、灾害感知的关键，人员定位系统业已成为煤 矿"六大系统"中最为重要的系统之一。
[0003] 从定位方法看，可以将目标定位分成基于测距和非测距两大类。基于测距的方法 通过测量节点间点到点的信号强度、时间、时间差或角度，来直接或者间接确定节点位置， 这些方法就是常见的信号接收强度指示（RSSI)、到达时间（TOA)、到达时间差（TDOA)，以及 到达角度（AOA)。这类方法计算相对复杂、成本较高。而基于非测距的方法则根据网络连通 性等信息实现定位，依赖于网络拓扑和节点之间的邻域关系确定未知节点的位置，虽然在 成本、功耗等方面具有一定优势，但是定位精度较低。
[0004] 从已有的定位系统来看，GSM通信系统、CDMA通信系统和GPS定位系统这些地面常 用的手段无法直接用于煤矿井下。而现有的煤矿定位系统多数基于WiFi或者RFID等手段， 没有充分考虑到矿井的拓扑特点，定位精度通常在10米以上；部分系统存在严重的漂移现 象，目标定位结果甚至到达了巷道之外，进入了煤壁之中。
[0005] 因此，现在迫切需要设计顾及到煤矿井下定位特殊性的定位方法，在不明显增加 计算复杂度的情况下使得定位精度大幅提闻，并抑制定位漂移。
[0006] 本发明在目前成熟的信号到达角精确测量方法的基础上，提出一种基于到达角的 定位方法。本发明可以克服非视距、多径衰落的影响，尤其适用于煤矿井下环境。
【发明内容】
[0007] 技术问题：本发明的目的是为煤矿井下巷道设计一种简单灵活、不需复杂计算的 基于到达角的定位方法，解决基站部署数目少则定位精度低的问题，克服RSSI方法中信号 动态变化导致测距不准的固有缺陷，提高矿井中的移动目标定位精度。
[0008] 技术方案：本发明的目的是这样实现的：该定位方法的基站沿巷道顶板中线布 置，移动目标携带未知节点在巷道中行进，期间周期性的广播移动无线电信号，该信号包 含了与移动目标通信的前一基站的位置信息，记为privious;基站测得信号的到达角Θ， 将其和未知节点发送的privious信息存到自己的缓存中，随后连同节点的当前状态信息 (state) -起组成数据包发送给地面定位操作系统；根据公式UB' =h/tan0找出未知节 点的2个可能的坐标，式中U为未知节点，B'为基站B在巷道底板上的投影点；利用坐标筛 选方法，从2个坐标点中筛选出正确的坐标作为未知节点坐标；
[0009] 具体步骤如下：
[0010] (1)移动目标携带未知节点在巷道中行进，期间周期性的广播无线电信号，该信号 包含了与移动目标通信的前一基站的位置信息，记为privious;
[0011](2)基站测得信号的到达角Θ，连同未知节点发送的privi〇us信息存到自己的缓 存中，随后和节点的当前状态信息（state) -起组成数据包发送给地面定位操作系统；数 据包格式如下：
[0012]
【权利要求】
1. 一种煤矿巷道中基于到达角的定位方法，其特征是：将基站沿巷道顶板中线布置， 移动目标携带未知节点在巷道中行进，期间周期性的广播移动无线电信号，该信号包含了 与移动目标通信的前一基站的位置信息，记为privious ;基站测得信号的到达角0，将 其和未知节点发送的privious信息存到自己的缓存中，随后连同节点的当前状态信息 (state) -起组成数据包发送给地面定位操作系统；根据公式UB' =h/tan0找出未知节 点的2个可能的坐标，式中U为未知节点，B'为基站B在巷道底板上的投影点；利用坐标筛 选方法，从2个坐标点中筛选出正确的坐标作为未知节点坐标；具体步骤如下： (1) 移动目标携带未知节点在巷道中行进，期间周期性的广播移动无线电信号，该信号 包含了与移动目标通信的前一基站的位置信息，记为privious ; (2) 基站测得信号的到达角0，将其和未知节点发送的privious信息存储到自己的缓 存中，随后连同节点的当前状态信息（state) -起组成数据包发送给地面定位操作系统； 数据包格式如下：
(3) 根据公式UB' = h/tan 0 ,找出未知节点的2个可能的坐标； (4) 利用坐标筛选方法，从2个坐标点中筛选出最适合的坐标作为未知节点坐标。
2. 根据权利要求1所述的煤矿巷道中基于到达角的定位方法，其特征是：所述的坐标 筛选方法步骤如下： a、 移动目标携带未知节点在巷道中行进，期间周期性的广播移动无线电信号，该信号 包含了与移动目标通信的前一基站的位置信息，记为privious ; b、 节点相对基站的移动，有趋近和远离两个状态，巷道中节点移动速度比较稳定，假设 基站可以对巷道实现全覆盖，即节点在巷道任意区域都可以和基站通信。只需用两个基站 之间距离d的一半除以节点的平均移动速度V就可以得到节点由趋近状态转换到远离状态 的时间t ;在基站缓存中设立一个字段state,当基站第一次收到节点发送的privious信号 时，设置state为1,经过一个时间t = d/2v后,将state置为0 ; c、 基站每次收到privious信号后，将其和到达角0、状态信息state -起组成数据 包发送给地面操作系统；地面定位操作系统接收到基站发送的数据包，根据数据包中的 privious信息、基站ID可以判断出当前节点的运动方向；根据state信息,判断节点当前 相对该基站的运动状态，state为1是趋近该基站，state为0是远离该基站；符合节点当 如运动方向和相对基站的运动状态的点才是正确的节点坐标。
【文档编号】H04W64/00GK104363655SQ201410730230
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】胡青松, 曹灿, 丁一珊, 张申, 吴立新 申请人:中国矿业大学