基于线性调频扩频技术的井下人员定位系统

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近年来，国家对煤矿生产的安全越来越重视，使得煤矿安全生产形势不断的好转，但由于煤矿井下环境的复杂，很多地方仍然然存在安全隐患，导致煤矿安全事故频发。从目前暴露出的井下安全问题来看，大部分是由于煤矿安全监控系统的不完善所致：在井下正常作业期间，不能实时了解井下人员的工作情况；当事故发生时，不能及时知道井下人员的位置、数量等相关信息，给救灾工作带来了很大的不便。所以选取合适的定位技术对井下人员和设备进行定位和监测具有非常重要的意义。
　　本文在实验室团队研究成果《基于ZigBee网络的井下人员定位系统设计》的基础上，研究了线性调频扩频(ChirpSpreadSpectrum，CSS)技术，对比了ZigBee、UWB等其他短距离无线通信技术，分析了CSS无线传感器网络的技术特点和优势；设计了一种基于CSS无线传感器网络的井下人员定位系统，在井下复杂的环境下，井下人员直接携带定位标签，通过预先布置的定位基站和网关，直接将人员信息反馈到计算机终端监控软件上面，以实现对井下人员进行实时定位和管理。该系统能够及时、快速地反映人员的位置、数量等信息，有利于井下突发事件发生时的营救工作。
　　本文设计了成套的CSS井下定位的软硬件系统，射频模块选取的德国Nanotron公司提供的nanoPAN5375射频模块；上位机软件是在Nanotron公司提供的上位机监测软件LocationGUI的基础上，基于其提供的一些接口函数对LEServer进行二次开发而完成；定位算法采用TDOA互相关运算，推导出TDOA定位模型，结合卡尔曼滤波算法解算方程，以提高定位精度。
　　系统开发完成后在矿井模拟环境下进行了定位实验，对定位结果进行了分析，实验结果证明该井下人员定位与监控系统有低功耗、抗干扰能力强和定位精度高的特点。

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作者
苏海;
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作者单位

湖南科技大学;

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授予单位湖南科技大学;
学科控制科学与工程
授予学位硕士
导师姓名王俊年;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类矿山安全监测系统;遥控、遥测、遥信系统;
关键词
煤矿生产安全; 井下人员; 定位系统; 线性调频扩频技术;

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1. 井下人员定位系统基于线性调频扩频UWB技术的分析信号传输到达时间差(TDOA)的测距模式 [J] . 王韶伟 . 内蒙古煤炭经济 . 2017,第011期
2. 基于ZigBee技术的井下人员定位系统关键技术探讨 [J] . 杨光涛 ,郑学召 ,王伟峰 . 陕西煤炭 . 2014,第003期
3. 基于射频识别技术的煤矿井下人员定位系统设计应用 [J] . 曹永刚 . 机械研究与应用 . 2021,第002期
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5. 基于无线网络技术的煤矿井下人员定位系统研究 [J] . 高丽聪 . 机械管理开发 . 2020,第010期
6. 基于ZigBee技术的井下人员定位系统读卡器的研究 [C] . 申婕 . 第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛 . 2011
7. 基于PHS技术和GIS技术的井下人员定位系统 [A] . 杨黎明 . 2006

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