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申请/专利权人：太原理工大学

摘要：本发明公开一种井下定位系统及定位方法。通过在井下巷道的井道壁上安装多个定位器来接收定位标识卡的射频信号，并根据频信号数据包内携带的定位标识卡编号、与所述定位标识卡编号对应的发射功率和工作频率、定位器编号及与所述定位器编号对应的接收功率信息来确定定位标识卡的位置。在进行定位计算时，采用的是与定位标识卡距离最近、接收信号最强的两个定位器的接收功率，因此定位计算准确度更高。采用本发明系统及方法能够获得移动定位标识卡距离某个固定定位器的角度和距离，从而确定携带所述定位标识卡的井下人员或井下设备的具体位置，提高了定位精度。

主权项：1.一种井下定位系统，其特征在于，所述井下定位系统包括：地面控制中心、地面网关、井下网关、多个安装在井下的定位器和多个井下人员或井下设备携带的定位标识卡；定位器布设时从巷道口开始向各巷道深处布设；不同位置的相邻两个所述定位器之间的距离不同；弯曲角度小于等于30°的井下巷道中相邻两个所述定位器之间的距离为50～70米；弯曲角度大于30°的井下巷道中相邻两个所述定位器之间的距离为10～20米；所述地面控制中心与所述地面网关连接；所述地面网关与所述井下网关连接；多个所述定位器顺序安装在井下巷道的井道壁上；所述井下网关与多个所述定位器连接；所述定位标识卡由井下人员或井下设备携带；所述定位标识卡与所述定位器之间通过射频信号进行通信；所述地面控制中心采用CAN总线连接地面网关，地面网关采用CAN总线连接井下网关，井下网关通过CAN总线连接多个定位器；所述CAN总线上附带漏泄电缆，所述漏泄电缆的井下部分设有多个漏泄通孔，所述漏泄通孔用于将地面控制中心对定位标识卡的操作指令发送至各个定位标识卡，还用于发送为定位器充电的强电磁波；所述定位标识卡包括标识卡处理器和射频信号发射模块，所述标识卡处理器与所述射频信号发射模块连接；所述定位器包括定位器处理器和射频信号接收模块，所述定位器处理器与所述射频信号接收模块连接；每个所述定位器的所述射频信号接收模块用于接收多个所述定位标识卡的射频信号发射模块发出的射频信号；所述定位标识卡初始化时，地面控制中心为每个所述定位标识卡配置唯一的定位标识卡编号，并将定位标识卡编号存储在所述标识卡处理器中；所述标识卡处理器用于设定所述射频信号发射模块的发射功率和工作频率，并将自身的定位标识卡编号、发射功率和工作频率进行压缩和信号调制后通过射频信号发送出去；定位标识卡每隔一段时间发送含有定位标识卡编号、发射功率和工作频率的射频信号，所述射频信号的发送时间间隔取决于巷道内定位器的摆放间隔以及定位标识卡的移动速度；所述时间间隔小于定位标识卡从一个定位器移动到邻近的下一个定位器所需要的时间；当定位对象为工作人员时，所述时间间隔为10～15秒，当定位对象为移动机械设备时，所述时间间隔取1～2秒钟；所述射频信号接收模块用于接收多个定位标识卡发出的射频信号；所述射频信号接收模块将接收到的射频信号发送至定位器处理器；所述定位器处理器对所述射频信号进行解压和调制解调处理，得到所述射频信号对应的定位标识卡编号、发射功率和工作频率，同时所述定位器处理得到所述射频信号的接收功率；所述定位器将所述射频信号对应的定位标识卡编号、发射功率、工作频率和接收功率再次进行压缩后，生成射频信号压缩包；所述射频信号压缩包通过CAN总线，由井下网关、地面网关依次传送至所述地面控制中心；所述地面控制中心根据所述射频信号压缩包中的信息对携带定位标识卡的井下人员或设备进行定位；地面控制中心首先将射频信号数据包解压，得到定位标识卡编号，以及该编号的定位标识卡对应的发射功率、接收功率和工作频率；将编号为i的定位标识卡的发射功率记为POi；对于编号为i的定位标识卡，同时有N个定位器接收到了其发射的编号为i的射频信号，该编号为i的射频信号到达第n个定位器时的接收功率为PIin，其中n≤N；判断N个接收器的接收功率集合{PIi1，PIi2，…，PIiN}中各接收功率的大小，选择编号为i的定位标识卡对应的接收功率集合{PIi1,PIi2，…，PIiN}中最大的两个接收功率PIia和PIib进行井下定位计算；PIia和PIib分别对应的编号为a的定位器以及编号为b的定位器是与编号为i的定位标识卡距离最近的两个定位器；当N≤2时，表示只有两个以下的定位器接收到了定位标识卡发出的射频信号，此时通过井下广播对携带该编号为i的定位标识卡的人员或设备发出警报；对于编号为i的定位标识卡对应的第n个定位器，其接收功率为PIin，编号为i的定位标识卡的发射功率为POi，采用下式1计算编号为i的定位标识卡发射的射频信号传输过程中的功率损耗：PLOSin＝POi-PIin1其中PLOSin表示编号为i的定位标识卡发射的射频信号传输过程中的功率损耗，单位为MW；POi表示编号为i的定位标识卡的发射功率，PIin表示编号为i的射频信号到达第n个定位器时的接收功率；根据公式2将射频信号传输过程的功率损耗换算为传输损耗：LOSin＝10lgPLOSin2其中LOSin表示编号为i的射频信号到达第n个定位器时的传输损耗，单位为dBm；根据传输损耗计算编号为i的定位标识卡与编号为n的定位器之间的距离Din：LOSin＝K+32.44+20lgDin+20lgfi3其中Din表示编号为i的定位标识卡与编号为n的定位器之间的距离；LOSin表示射频信号由编号为i的定位标识卡传输至编号为n的定位器过程中的传输损耗；K表示损耗修正系数；fi表示编号为i的定位标识卡发射的射频信号的工作频率；将接收功率PIia和PIib分别代入所述公式1～3中，计算得到编号为i的定位标识卡与编号为a的定位器之间的距离Dia以及编号为i的定位标识卡与编号为b的定位器之间的距离Dib；从地面控制中心数据库中提取编号为a的定位器与编号为b的定位器之间的距离Dab；在已知三角形三边边长Dia、Dib和Dab的情况下，采用余弦定理求得方位角Aia或Bib；根据方位角Aia和距离Dia定位编号为i的定位标识卡在井下的位置。

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