基于非视距抑制的矿井超宽带定位方法及系统

摘要

本发明公开了一种煤矿井下超宽带定位方法及系统。通过采用RAKE接收机技术，收集信号中的多径分量，然后对多径分量进行加权；并利用构造的鉴别参量对信号进行非视距鉴别，对于非视距信号进行数据重构，然后采用Taylor序列展开法利用重构数据和视距信号进行定位计算。本系统包括井上部分及井下部分。井上部分包括：地面监控终端、定位服务器、中心交换机、动态主机配置协议服务器、上层终端；井下部分包括：本质安全型网关、本质安全型直流供电电源、本质安全型无线中继站、本质安全型参考点终端、本质安全型定位终端。本发明的超宽带定位方法及系统结构简单，能够有效抑制多径效应和非视距效应，定位精确，抗干扰能力强，满足矿井的使用要求。

主权项

一种基于非视距抑制的矿井超宽带定位方法，其特征在于，包括以下步骤：A.根据巷道工作环境布设本质安全型参考点终端，同时确定本质安全型参考点终端的位置；B.本质安全型定位终端与本质安全型参考点终端进行通信，获得本质安全型参考点终端的身份信息和位置信息；C.本质安全型定位终端对接收到的本质安全型参考点终端的信号进行非视距鉴别；D.对非视距信号进行数据重构，利用重构的数据进行定位计算；所述步骤D包括下列步骤：D1.在非视距信号中，本质安全型定位终端与本质安全型参考点终端的测量距离为：s_j(t_j)＝l_i(t_j)+n_i(t_j)+NLOS_j(t_j)其中，l_i(t_j)为视距情况下参考点终端与本质安全型定位终端的距离，n_i(t_j)为系统误差，NLOS_i(t_j)为非视距传播带来的误差；NLOS_i(t_j)服从指数分布：$p(t_{\mathrm{nlos}}/{\tau }_{\mathrm{rms}})=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{{\tau }_{\mathrm{rms}}}{e}^{\frac{t_{\mathrm{nlos}}}{{\tau }_{\mathrm{rms}}}},& t_{\mathrm{nlos}}>0\\ 0& t_{\mathrm{nlos}}\le 0\end{array}\right.$其中，τ_rms为均方根时延扩展，是一个服从对数正态分布的随机变量：τ_rms＝T₁d^εy，T₁是在d处延时扩展的中值，d为本质安全型定位终端与本质安全型参考点终端的距离，ε取值在0.5到1之间，y是一个对数正态分布随机变量，t_nlos为非视距时间；D2.根据到达时间测量值s_i(t_j)，由式τ_rms＝T₁d^εy计算非视距延时扩展τ_rms(t_j)；D3.利用s′_i(t_j)＝s_i(t_j)‑τ′_rms(t_j)×c，重构视距情况下的到达时间测量值，其中，c为真空中电磁波传播速度，s_i(t_j)为到达时间测量值，τ_rms(t_j)为非视距延时扩展，s_i(t_j)为重构的到达时间测量值；D4.利用多项式平滑对s′_i(t_j)进行平滑处理；D5.构造到达时间差测量值s′_i，1(t_j)＝s′_i(t_j)‑s′₁(t_j)，其中，s′_i，1(t_j)为构造的到达时间差测量值，s_i(t_j)为到达时间测量值，s′₁(t_j)为第一个到达时间测量值；D6.本质安全型定位终端与同一个本质安全型参考点终端进行N次测距通信，可以得到N组距离测量值，在N组测量值中有M组非视距信号，M≤N，将M组非视距信号进行数据重构，并将构造的M组到达时间差测量值s′_i，1(t_j)按照大小顺序排列；D7.根据构造的M组到达时间差测量值，求取这M个值的平均值$\begin{array}{c}\hat{s}=\frac{{s^{\text{'}}}_{i,1}\left(t_1\right)+{s^{\text{'}}}_{i,1}\left(t_2\right)+{s^{\text{'}}}_{i,1}\left(t_3\right)+···{{+s}^{\text{'}}}_{i,1}\left(t_M\right)}{M}\\ =\frac{\underset{j=1}{\overset{j=M}{\Sigma }}{s^{\text{'}}}_{i,1}\left(t_j\right)}{M}\end{array}$其中，为构造的M组到达时间差测量值的平均值，s′_i，1(t_j)为构造的到达时间差测量值；D8.构造判断系数λ_j，λ_j为M组构造值中，每个构造测量值与平均值的比值，${\lambda }_j=\frac{{s^{\text{'}}}_{i,1}\left(t_j\right)}{\hat{s}}$其中，为构造的M组到达时间差测量值的平均值，s′_i，1(t_j)为构造的到达时间差测量值；D9.利用λ_j对每个构造的到达时间差测量值s_i，1(t_j)进行判断，当λ_j大于设定值时，说明构造的到达时间差测量值仍然具有较大的偏差，在计算中舍去该构造的到达时间差测量值；D10.利用Taylor序列展开法计算本质安全型定位终端的位置。