基于距离约束的井下电磁波超声联合定位方法

摘要

本发明公开了一种用于煤矿井下的基于距离约束的电磁波超声联合定位方法。本发明根据巷道的空间结构和电磁波、超声波的本身属性特点，使用适当的近似算法，通过电磁波传播对数-常态模型公式，得到一个移动节点到两个锚节点距离之比的简化公式。由于两个锚节点之间的距离为已知量，以此距离为约束条件，得到移动节点在巷道内的纵向坐标。根据TOF测距原理，使用超声波测距获得移动节点到巷道壁的距离，得到移动节点在巷道内的横向坐标，进而得到移动节点的二维位置坐标，实现精确定位。本发明的定位方法定位精度高，成本低，并且耗能少，系统设备结构简单。

主权项

一种基于距离约束的井下电磁波超声联合定位方法，其特征在于，包括下列步骤：A.根据巷道空间结构和工作环境，布设锚节点、网关节点及井下中心站，井上设置地面监控中心，每个锚节点分配一个数字编号N，数字编号与其位置坐标对应，规定井下巷道纵向坐标轴坐标增大的方向为正方向，N的数值沿着正方向增大；地面监控中心存储移动节点的识别码与移动目标的名称或身份的对应关系，存储锚节点数字编号与其位置坐标的对应关系；B.移动节点周期性向一侧巷道壁发射超声波信号并接收反射回波，记录发射超声波的时刻t1，记录接收到巷道壁反射回波的时刻t2，同时记录传感器测得的环境温度T；C.发射超声波信号的同时，移动节点向周围锚节点发送电磁波定位请求信号，信号中包含移动节点的识别码，接收到该请求信号的锚节点予以响应，向移动节点发射包含移动节点识别码和锚节点数字编号的电磁波定位信号；D.移动节点选择接收附近锚节点响应其请求信号发射的电磁波定位信号中包含自己识别码的定位信号，对信号进行处理，处理过程包括：D1.测得各定位信号的信号强度，记为PRi，i=1，2，…n，n为选择接收的锚节点的电磁波定位信号数，提取信号强度最大的两个信号中锚节点的数字编号，记为N1、N2，N1PR2，发送给N1锚节点，反之，发送给N2锚节点，锚节点通过接力转发定位数据包至所在巷道端点处的网关节点；D3.网关节点收到定位数据包后，通过总线转发给井下中心站，井下中心站通过光纤发送至地面监控中心。E.地面监控中心接收到转发上来的移动节点发射的定位数据包后，处理定位数据包，处理过程包括：E1.提取数据包中的PR1、RR2、t1、t2、T、N1、N2和移动节点的识别码；E2.地面监控中心根据存储的移动节点的识别码与移动目标的名称或身份的对应关系，提取移动目标的名称或身份；E3.地面监控中心根据存储的锚节点数字编号与其位置坐标的对应关系，提取锚节点N1、N2的纵向坐标，设纵坐标分别为y1、y2，将t1、t2、T、PR1、PR2带入移动节点 坐标式 ( 1 2 ( c 0 + 0.607 T ) · ( t 2 - t 1 ) , y 1 + ( y 2 - y 1 ) · 10 P R 2 10 δ 10 P R 1 10 δ + 10 P R 2 10 δ ) 得到移动目标的坐标位置，c0表示超声波在0℃的速度，δ为对数‑常态分布模型中的路径衰减因子，均为已知量。