一种基于脉宽占空比的矿井人员定位方法

摘要

本发明为矿井安全运行提供了一种基于脉宽占空比的矿井人员定位新方法。包括定位原理和固定无线射频终端编号的动态识别方法。其特点是根据在局部坐标系中测量得到的射频信号强度所对应的脉宽占空比及根据占空比特征序列确定人员移动的位置、方向和相应固定无线射频终端的编号，通过齐次坐标变换转换成矿井全局坐标系中的位置和移动的方向。所提供的定位方法具有较强的抗干扰能力，较高定位精度和矿井巷道地形适应性，算法简单，节约成本。

主权项

一种基于脉宽占空比的矿井人员定位方法，包括定位和固定无线射频终端编号的动态识别，其特征是，所述定位包括使用矿井巷道中任意两个相邻的固定无线射频终端i、i+1和一个便携式无线射频终端c，以固定无线射频终端i为原点，以固定无线射频终端i和i+1的连线为x轴建立局部平面直角坐标系o_i‑x_i,y_i，设固定无线射频终端i和i+1的距离为l_i，那么固定无线射频终端i和i+1在此坐标系中的坐标可分别表示为(0,0)和(l_i,0)；假设用便携式无线射频终端c测得的人员与固定无线射频终端i的距离为l_ia，人员与固定无线射频终端i+1的距离为l_ib，那么，在此局部平面直角坐标系o_i‑x_i,y_i中，人员的位置表示为(x_i,y_i)：$\begin{array}{c}{x}_i=l_{ia}{\mathrm{cos\phi }}_i\\ y_i=l_{ia}{\mathrm{sin\phi }}_i\\ {\phi }_i={\cos }^{-1}\frac{l_{ia}^2+l_i^2-l_{ib}^2}{2l_{ia}{l}_i},{\phi }_i\in [0,\pi /2]\end{array}---\left(1\right)$在矿井巷道全局坐标系O‑XY中，人员的位置表示为(X,Y)：$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ 1\end{array}\right]=T_0^1{T}_1^2...T_{i-1}^i\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_i\\ 1\end{array}\right]---\left(2\right)$$T_i^{i+1}=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\phi }}_i& -{\mathrm{sin\phi }}_i& l_i\\ {\mathrm{sin\phi }}_i& {\mathrm{cos\phi }}_i& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],i=0,1,...,n---\left(3\right)$其中，φ_i表示固定无线射频终端i所在的巷道边沿直线段与坐标系o_i‑x_i，y_i的x轴之间的夹角，顺时针为负，逆时针为正；i表示巷道中任意一个固定无线射频终端的编号；所述固定无线射频终端编号的动态识别包括便携式无线射频终端的信号差分放大、调制解调、存储和鉴相；信号差分放大的功能是对便携式无线射频终端测得的两个相邻固定无线射频终端的信号强度进行双极性差分放大处理；调制解调的功能是把测得的双极性差分放大处理后的信号强度转化成相应的脉宽信号；当信号差为正最大值时，脉宽占空比等于s_max；当信号差为负最大值时，脉宽占空比等于s_min；当信号差为零时，脉宽占空比等于(s_max+s_min)/2；存储和鉴相的功能是存储每一对相邻的固定无线射频终端之间的典型位置的脉宽信号的占空比，鉴别当前所在位置占空比的大小和占空比序列的特征；根据占空比序列的特征确定人员移动方向；检测每次出现占空比序列的特征，修改固定无线射频终端计数器计数值从而动态改变固定无线射频终端的编号；设当前所在位置脉宽信号的占空比为s_i，根据下式可计算出在当前坐标系中的位置坐标分量x_i：$x_i=\frac{l_i}{s_{\max }-s_{\min }}{s}_i---\left(4\right)$在当前坐标系中的位置坐标分量y_i设为0，忽略巷道宽度的差异。