基于UWB的矿井精确定位系统的制作方法

基于uwb的矿井精确定位系统
技术领域
1.本发明涉及基于uwb的位系统技术领域，具体为一种基于uwb的矿井精确定位系统。


背景技术：

2.矿井中的环境比较复杂，容易发生事故，因此需要对矿井中的设备或者人进行定位，以便进行高效的资源调配。
3.现有的定位系统一般采用的都是基于uwb的定位方法，uwb的测距原理是双向飞行时间法（tw-tof,twoway-timeofflight），每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。模块a的发射机在其时间戳上的ta1发射请求性质的脉冲信号，模块b在tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块a在自己的时间戳ta2时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离s。s=c
×
[(t
a2-t
a1
)-(t
b2-t
b1
)](c为光速)，其中t
b2-t
b1
为模块b处理数据反应时间。但是双向飞行时间法有一定的误差，在现有公开的技术中，通过3点定位方法能够得到精确的位置。
[0004]
例如公开号为：“cn112630803a”公开了一种用于确定可移动对象的地理定位的定位系统，所述系统包括：多个锚点，其中每个锚点被配置成通过超宽带通信信道接收广播消息；处理单元，所述处理单元被配置成基于对应锚点处所述广播消息的到达时间之间的差、所述锚点的相对位置和所述可移动对象的预定朝向来确定所述地理定位。
[0005]
上述采用的gps定位，gps定位和uwb定位原理相同。但是，区别在于uwb定位具有距离的限制，在复杂的矿井中，由于矿井是随着采矿的进行不断的前行的，一旦佩戴定位标签的人或者机器远离了定位基站，定位基站能够接接收的信号会非常的微弱或者无法正常的接收到信号，使得定位失效。


技术实现要素：

[0006]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于uwb的矿井精确定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0007]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于uwb的矿井精确定位系统，包括：至少一个定位标签，每一所述定位标签包括标签发射端和标签接收端；多个定位基站，布设在矿井的巷道中，以对矿井进行定位范围覆盖；每一所述定位基站具有一基站发射端和基站接收端；处理装置，连接所述定位基站，基于定位基站接收到的请求脉冲信号到达时间之间的时间差值、定位基站的相对位置以及定位标签的移动方向来判断定位标签的位置；其中，控制部，配置在定位标签中，用于控制请求脉冲信号的发射功率；所述控制部具有：矩阵激励模块，具有多个额定的激励电路串接组成，所述矩阵激励模块被配置成
基于定位标签获取的与定位基站之间的距离来控制激励电路串接形式从而调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率；控制单元，该控制单元用于控制至少一个开关元件的启闭来配置激励电路串接形式；处理单元，基于tof测距方法定位标签获得与临近定位基站的测定距离；判断单元，基于获取的测定距离以判断定位标签设定功率是否能够匹配测定距离，若不能匹配测定距离，通过测定距离和设定功率的基准距离上限的差值来换算需要调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率的大小，并生成控制命令输入至控制单元。
[0008]
进一步地，所述处理单元获取测定距离的方法如下：用于基于标签发射端按照设定功率向临近的定位基站发送一个请求脉冲信号，并记录标签发射端发送请求脉冲信号的请求时间戳，定位基站接收到请求脉冲信号后基站发射端发送一个响应脉冲信号，并记录基站发射端发送响应脉冲信号的响应时间戳，处理单元基于tof测距方法获得与临近定位基站的测定距离。
[0009]
进一步地，所述控制部还具有执行单元，执行单元包括多个控制元件，多个所述控制元件中的至少一个控制元件对所述控制命令做出响应来配置激励电路串接形式。
[0010]
进一步地，所述定位基站布设的方法如下：多个所述定位基站布设在矿井的巷道中，以对矿井进行定位范围覆盖；且在任意位置任意一个定位标签请求脉冲信号时，可以同时被三个及以上的定位基站所接收。
[0011]
进一步地，所述定位基站有：检测模块，用于检测接收到的请求脉冲信号的功率范围：判断模块，用于判断接收到的请求脉冲信号的功率范围是否在正常功率范围内，若不在，基于检测到的功率范围与正常功率范围的上限值的差值来换算需要补偿的功率大小；通信单元，用于与处理装置和临近定位基站进行通信；通信接收单元，用于接收临近定位基站的通信请求；控制模块，基于判断模块获取的结果以控制通信单元的启闭，并基于接收到的通信请求的个数来判断是否启用激励电路以对定位基站发送的响应脉冲信号进行同步调整。
[0012]
进一步地，所述激励电路基于功率范围与正常功率范围的上限值的差值来换算需要补偿的功率大小来对定位基站发送的响应脉冲信号进行同步调整。
[0013]
进一步地，当判断模块判断接收到的请求脉冲信号的功率范围是不在正常功率范围内时，控制模块控制通信单元的启闭。
[0014]
进一步地，所述定位基站还设置有通信控制单元，该通信控制单元控制通信单元仅与设定的组合进行通信。
[0015]
进一步地，多个所述定位基站在矿井的巷道中进行布设时，以交错布设的方式，相邻两个定位基站的距离为80-100m，并基于定位基站的布设位置进行组网，基于组网来确定进行相互通信的组合。
[0016]
本技术中，定位标签能够依据定位标签获取的与定位基站之间的距离来调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率；当定位标签偏离最近的定位基站后，通过调
整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率来改善定位的质量，具体的在定位标签中具有控制部；所述控制部具有矩阵激励模块，矩阵激励模块具有多个额定的激励电路串接组成，所述矩阵激励模块被配置成基于定位标签获取的与定位基站之间的距离来控制激励电路串接形式从而调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率。
附图说明
[0017]
图1为本发明中控制部的框架原理图；图2为本发明的定位基站的框架原理图；图3为本发明的矩阵激励模块的框架原理图；图4为本发明定位基站布设实施例示意图。
具体实施方式
[0018]
以下结合附图对本发明进行详细的描述，参照图1至图4。
[0019]
参照图1，本发明提供了基于uwb的矿井精确定位系统，包括：至少一个定位标签，每一所述定位标签包括标签发射端和标签接收端；多个定位基站，布设在矿井的巷道中，以对矿井进行定位范围覆盖；每一所述定位基站具有一基站发射端和基站接收端；处理装置，连接所述定位基站，基于定位基站接收到的请求脉冲信号到达时间之间的时间差值、定位基站的相对位置以及定位标签的移动方向来判断定位标签的位置；其中，控制部，配置在定位标签中，用于控制请求脉冲信号的发射功率；所述控制部具有：矩阵激励模块，具有多个额定的激励电路串接组成，所述矩阵激励模块被配置成基于定位标签获取的与定位基站之间的距离来控制激励电路串接形式从而调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率；控制单元，该控制单元用于控制至少一个开关元件的启闭来配置激励电路串接形式；处理单元，基于tof测距方法定位标签获得与临近定位基站的测定距离；判断单元，基于获取的测定距离以判断定位标签设定功率是否能够匹配测定距离，若不能匹配测定距离，通过测定距离和设定功率的基准距离上限的差值来换算需要调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率的大小，并生成控制命令输入至控制单元；执行单元，执行单元包括多个控制元件，多个所述控制元件中的至少一个控制元件对所述控制命令做出响应来配置激励电路串接形式。
[0020]
所述处理单元获取测定距离的方法如下：用于基于标签发射端按照设定功率向临近的定位基站发送一个请求脉冲信号，并记录标签发射端发送请求脉冲信号的请求时间戳，定位基站接收到请求脉冲信号后基站发射端发送一个响应脉冲信号，并记录基站发射端发送响应脉冲信号的响应时间戳，处理单元基于tof测距方法获得与临近定位基站的测定距离。反向的，定位基站也会用相同的方式获取与定位标签之间的距离。
[0021]
参照图4，在一些实施例中，所述定位基站布设的方法如下：多个所述定位基站布
设在矿井的巷道中，以对矿井进行定位范围覆盖；且在任意位置任意一个定位标签请求脉冲信号时，可以同时被三个及以上的定位基站所接收；多个所述定位基站在矿井的巷道中进行布设时，以交错布设的方式，相邻两个定位基站的距离为80-100m，并基于定位基站的布设位置进行组网，基于组网来确定进行相互通信的组合。
[0022]
比如在当定位标签由a位置移动b位置时，在a位置，定位标签可以被定位基站2、定位基站4、定位基站5接收信号，此时定位基站2、定位基站4、定位基站5组合一个可以进行相互通信的组合。当在b位置时，定位标签可以被定位基站2、定位基站3、定位基站5接收信号，定位基站2、定位基站3、定位基站5组合一个可以进行相互通信的组合。
[0023]
在上述中，所述定位基站有：检测模块，用于检测接收到的请求脉冲信号的功率范围：判断模块，用于判断接收到的请求脉冲信号的功率范围是否在正常功率范围内，若不在，基于检测到的功率范围与正常功率范围的上限值的差值来换算需要补偿的功率大小；通信单元，用于与处理装置和临近定位基站进行通信；通信接收单元，用于接收临近定位基站的通信请求；控制模块，基于判断模块获取的结果以控制通信单元的启闭，并基于接收到的通信请求的个数来判断是否启用激励电路以对定位基站发送的响应脉冲信号进行同步调整。
[0024]
进一步地，所述激励电路基于功率范围与正常功率范围的上限值的差值来换算需要补偿的功率大小来对定位基站发送的响应脉冲信号进行同步调整。
[0025]
进一步地，当判断模块判断接收到的请求脉冲信号的功率范围是不在正常功率范围内时，控制模块控制通信单元的启闭。
[0026]
进一步地，所述定位基站还设置有通信控制单元，该通信控制单元控制通信单元仅与设定的组合进行通信。
[0027]
其具体原理为：定位标签能够依据定位标签获取的与定位基站之间的距离来调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率；当定位标签偏离最近的定位基站后，通过调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率来改善定位的质量，具体的在定位标签中具有控制部；所述控制部具有矩阵激励模块，矩阵激励模块具有多个额定的激励电路串接组成，所述矩阵激励模块被配置成基于定位标签获取的与定位基站之间的距离来控制激励电路串接形式从而调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率。
[0028]
比如随着机械设备在矿道中不断掘进，事前布设的定位基站就无法满足随着位置的偏移来进行精确的定位，此时，定位标签能够依据定位标签获取的与定位基站之间的距离来调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率；具体的为：标签发射端按照设定功率向临近的定位基站发送一个请求脉冲信号，并记录标签发射端发送请求脉冲信号的请求时间戳，定位基站接收到请求脉冲信号后基站发射端发送一个响应脉冲信号，并记录基站发射端发送响应脉冲信号的响应时间戳，处理单元基于tof测距方法获得与临近定位基站的测定距离。
[0029]
基于获取的测定距离以判断定位标签设定功率是否能够匹配测定距离，若不能匹配测定距离，通过测定距离和设定功率的基准距离上限的差值来换算需要调整由标签发射
端发射出的请求脉冲信号的发射功率的大小，并生成控制命令输入至控制单元；控制单元用于控制至少一个开关元件的启闭来配置激励电路串接形式；从而调整由标签发射端发射出的请求脉冲信号的发射功率；相同的，定位基站断接收到的请求脉冲信号的功率范围是不在正常功率范围内时，控制模块控制通信单元的启闭。基于判断模块获取的结果以控制通信单元的启闭，并基于接收到的通信请求的个数来判断是否启用激励电路以对定位基站发送的响应脉冲信号进行同步调整。
[0030]
在上述中，例如在图4中，只有在一个组合中，至少是其他的两个接收到的请求脉冲信号的功率范围均不在正常功率范围内时，控制模块控制对应的通信单元的启闭，在该组合中进行通信。若只有一个不在时，则不会触发通信。
[0031]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。