CN113203982A - 一种矿用tdoa跨区域定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿用TDOA跨区域定位方法，属于煤矿定位领域。整个煤矿TDOA跨区域定位方法由TDOA最小单元、TDOA跨区域调度算法、TDOA到达时间差算法组成。TDOA最小单元由四个定位基站和标识卡组成，构成一个最小区域。每个最小区域内定义一台定位基站为时钟同步基站。每台定位基站接收到标识卡报文后，记录到达时间和标识卡卡号。并将标识卡到达时间和卡号，还有相对于同步基站的时钟偏差、同步基站编号一起打包生成报文。定位基站收到附近时钟同步基站信号，根据多个时钟同步信号，分别记录标识卡信息生成数据报文，实现煤矿全矿井二三维精确定位。
Description
技术领域
本发明属于煤矿定位领域，涉及一种矿用TDOA跨区域定位方法。
背景技术
随着技术的进步和现场需求的升级，煤矿人员定位系统呈现二维三维的需求，大量的设备从早期的TOF转入TDOA定位，TDOA最大的问题是需要定位基站间进行时钟同步。同时存在跨区域精确定位。本发明专利根据煤矿巷道使用情况，提出一种矿用TDOA跨区域精确定位方法。
现有技术1公开了一种到达时间差TDOA的估计方法、系统和装置，所述TDOA的估计方法包括以下步骤:接收定位参考点估计的数据分组的到达时刻,所述数据分组的到达时刻是所述定位参考点根据系统前导符号进行定时检测并利用包含基于定位的服务LBS序列的正交频分复用OFDM符号进行定时误差估计获取的；根据不同定位参考点估计的所述数据分组的到达时刻计算TDOA。通过本发明实施例,定位参考点估计数据分组的到达时刻,再由基站根据不同定位参考点估计的数据分组的到达时刻,计算TDOA,进而获得移动台的具体位置坐标,从而解决了现有的定位算法精度低、复杂度高的问题。仅仅介绍了TDOA估算方法，没有TDOA跨区域定位方法，不适合于煤矿应用。
现有技术2公开了一种定位系统中测量Tof和Tdoa的方法，选取与标签保持连接的一个锚节点作为通信锚节点，发起通信锚节点与标签的一次请求-响应式通信，在通信过程中进行以下测量：标签接收请求数据包到发送响应数据包的时间、通信锚节点发出请求数据包到接收到响应数据包的时间、每个监听锚节点接收通信锚节点发送的请求数据包到接收标签发送的响应数据包的时间。最后计算通信锚节点到标签的传播时间和所述响应数据包从标签到监听锚节点的传播时间、生成标签发送的响应数据包到任意两个锚节点之间的传播时间差。本发明无需高精度的同步时钟，具有定位速度较快、定位成本低、定位精度较高的优点，尤其适合于无线网络中设备的定位。仅仅介绍了TOF和TDOA测距离原理，没有跨区域定位方法，不适合于煤矿应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿用TDOA跨区域定位方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种矿用TDOA跨区域定位方法，该方法包括以下步骤：
S1：设置TDOA最小单元；
S2：TDOA跨区域调度；
S3：计算TDOA到达时间差。
可选的，所述TDOA最小单元由至少四个定位基站和标识卡组成；
一个TDOA最小单元构成一个最小区域；
每个最小区域内由管理软件定义一台定位基站为时钟同步基站1，进行时钟同步和基站定位；
定位基站2～4记录相对于同步基站的时钟偏差；
系统安装时，测量出最小区域内时钟同步基站到其它定位基站的实际直线距离，通过服务器管理软件记录到区域内每定位基站内；
时钟同步基站1周期性的发送同步信号；定位基站2～4记录时钟同步基站1到达时间，暂定为t2、t3和t4；
标识卡进入TDOA最小区域后，周期性的发送定位数据报文，每台定位基站接收到标识卡报文后，记录到达时间和标识卡卡号，并将标识卡到达时间和卡号，还有相对于同步基站的时钟偏差一起交由TDOA跨区域调度算法分析。
可选的，所述TDOA跨区域调度包括标识卡最小区域识别、标识卡跨区识别、TDOA到达时间差算法接口和TDOA精确坐标计算；
定位基站接收到多个时钟同步基站发送的数据包；定位基站会根据多个时钟同步信号，分别记录标识卡到达时间、卡号、同步基站的时钟偏差和同步基站编号生成数据报文；
每个数据报文中包含定位基站自己编号、时钟同步基站编号、时钟同步基站时钟偏差、标识卡号和标识卡号到达时间；
标识卡最小区域识别为：根据安装记录情况，根据同一时钟同步基站原则，找出位于同一时钟同步基站的数据，构成一个最小区域；
标识卡跨区识别为：定位基站按时钟同步基站编号，记录多组时钟同步基站时钟偏差；定位基站按时钟同步基站编号、时钟差和标识卡到达时间分别记录多条数据；上传TDOA跨区域调度算法标识卡跨区识别，标识卡跨区识别根据安装时小区定位，会构造两个或者三个TDOA最小单元；
TDOA到达时间差算法接口为：将标识卡一个、两个或者三个TDOA最小单元通过TDOA到达时间差算法接口交由TDOA到过时间差算法解算三维坐标；
TDOA精确坐标计算为：TDOA到达时间差算法接口解算三维坐标后，根据多个定位基站安装位置，修正标识卡在煤矿巷道中的三维坐标。
可选的，所述计算TDOA到达时间差具体为：根据最小区域内定位基站相对于时钟同步基站时间偏差、固定距离和标识卡到达时间，通过CHAN算法，计算标识卡位于最小区域的三维坐标。
本发明的有益效果在于：本发明属于煤矿井下安全避险“六大系统”之一的井下人员定位系统技术领域，在煤矿、非煤领域均未有相关专利技术，在后续市场推广过程中必须具有自主知识产权支撑，以免带来不必要的产权纠纷。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明拓扑图；
图2为最小区域时钟同步示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图2。
(1)TDOA最小单元
TDOA最小单元：主要由至少四个定位基站和标识卡组成，构成一个最小区域。每个最小区域内由管理软件定义一台定位基站为时钟同步基站1，具有时钟同步功能和定位基站功能。定位基站2～4记录相对于同步基站的时钟偏差。
系统安装时，测量出最小区域内时钟同步基站到其它定位基站的实际直线距离，通过服务器管理软件记录到区域内每定位基站内。
时钟同步基站1周期性的发送同步信号。定位基站2～4记录时钟同步基站1到达时间，暂定为t2、t3、t4。
标识卡进入TDOA最小区域后，周期性的发送定位数据报文，每台定位基站接收到标识卡报文后，记录到达时间和标识卡卡号，并将标识卡到达时间和卡号，还有相对于同步基站的时钟偏差一起交由TDOA跨区域调度算法分析。
(2)TDOA跨区域调度算法
跨区域调度算法：主要包括标识卡最小区域识别、标识卡跨区识别、TDOA到达时间差算法接口和TDOA精确坐标计算。
跨区域调度算法接收到多个定位基站发送的数据包。每个数据包中包含定位基站自己编号、时钟同步基站编号、时钟同步基站时钟偏差、标识卡号、标识卡号到达时间。跨区域调度算法根据安装记录情况，将几个数据挑出来，根据同一时钟同步基站原则，找出位于同一时钟同步基站的数据，构成一个最小区域。叫标识卡最小区域识别。
由于最小区域连续覆盖问题，定位基站有可能收到多个时钟同步基站的同步信号，定位基站按时钟同步基站编号，记录多组时钟同步基站时钟偏差。同时，标识卡信号有可能被多个TDOA最小区域定位基站识别，定位基站按时钟同步基站编号，时钟差，标识卡到达时间分别记录多条数据。同时上传TDOA跨区域调度算法标识卡跨区识别，标识卡跨区识别根据安装时小区定位，会构造两个或者三个TDOA最小单元。叫标识卡跨区识别。
TDOA跨区域调度算法将标识卡一个、两个或者三个TDOA最小单元通过TDOA到达时间差算法接口交由TDOA到过时间差算法解算三维坐标。
TDOA到达时间差算法接口解算三维坐标后，可能得到一个、两个或者三个三维坐标，这时候根据多个定位基站安装位置，修正标识卡在煤矿巷道中的三维坐标，这个叫TDOA精确坐标计算。
(3)TDOA到达时间差算法
TDOA到达时间差算法：根据最小区域内定位基站相对于时钟同步基站时间偏差，固定距离，标识卡到达时间，通过CHAN算法，计算标识卡位于最小区域的三维坐标。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种矿用TDOA跨区域定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：设置TDOA最小单元；
S2：TDOA跨区域调度；
S3：计算TDOA到达时间差。
2.根据权利要求1所述的一种矿用TDOA跨区域定位方法，其特征在于：所述TDOA最小单元由至少四个定位基站和标识卡组成；
一个TDOA最小单元构成一个最小区域；
每个最小区域内由管理软件定义一台定位基站为时钟同步基站1，进行时钟同步和基站定位；
定位基站2～4记录相对于同步基站的时钟偏差；
系统安装时，测量出最小区域内时钟同步基站到其它定位基站的实际直线距离，通过服务器管理软件记录到区域内每定位基站内；
时钟同步基站1周期性的发送同步信号；定位基站2～4记录时钟同步基站1到达时间，暂定为t2、t3和t4；
标识卡进入TDOA最小区域后，周期性的发送定位数据报文，每台定位基站接收到标识卡报文后，记录到达时间和标识卡卡号，并将标识卡到达时间和卡号，还有相对于同步基站的时钟偏差、同步基站编号一起交由TDOA跨区域调度算法分析。
3.根据权利要求1所述的一种矿用TDOA跨区域定位方法，其特征在于：所述TDOA跨区域调度包括标识卡最小区域识别、标识卡跨区识别、TDOA到达时间差算法接口和TDOA精确坐标计算；
定位基站接收到多个时钟同步基站发送的数据包；定位基站会根据多个时钟同步信号，分别记录标识卡到达时间、卡号、同步基站的时钟偏差和同步基站编号生成数据报文；
每个数据报文中包含定位基站自己编号、时钟同步基站编号、时钟同步基站时钟偏差、标识卡号和标识卡号到达时间；
标识卡最小区域识别为：根据安装记录情况，根据同一时钟同步基站原则，找出位于同一时钟同步基站的数据，构成一个最小区域；
标识卡跨区识别为：定位基站按时钟同步基站编号，记录多组时钟同步基站时钟偏差；定位基站按时钟同步基站编号、时钟差和标识卡到达时间分别记录多条数据；上传TDOA跨区域调度算法标识卡跨区识别，标识卡跨区识别根据安装时小区定位，会构造两个或者三个TDOA最小单元；
TDOA到达时间差算法接口为：将标识卡一个、两个或者三个TDOA最小单元通过TDOA到达时间差算法接口交由TDOA到过时间差算法解算三维坐标；
TDOA精确坐标计算为：TDOA到达时间差算法接口解算三维坐标后，根据多个定位基站安装位置，修正标识卡在煤矿巷道中的三维坐标。
4.根据权利要求1所述的一种矿用TDOA跨区域定位方法，其特征在于：所述计算TDOA到达时间差具体为：根据最小区域内定位基站相对于时钟同步基站时间偏差、固定距离和标识卡到达时间，通过CHAN算法，计算标识卡位于最小区域的三维坐标。
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