一种基于uwb技术的井下矿车定位系统
技术领域
1.本实用新型涉及一种井下矿车定位系统，特别指在煤炭深井挖掘和运输领域内一种操作简单、定位精度高、耗能低、对信道衰落不敏感的基于uwb技术的井下矿车定位系统。
背景技术：
2.由我国现有国情和国家资源配比所决定，煤炭将在未来很长一段时间内，继续成为我国国民经济发展的重要能源。我国的煤炭资源十分丰富，据有关数据显示，我国现发现的煤炭资源的总储存量达4亿吨，位居世界前列，但是，我国现探明的煤炭多位于地下深土层，煤炭开采需进行深井作业。
3.同时，由于矿井地质结构复杂，煤炭开采难度大，在深井中作业的矿车和矿工与地面工作人员联系困难，地面工作人员不能及时得知矿车的位置信息，这给矿场的统一指挥调度带来诸多不便。作为“紧急避险六大系统”之一的定位系统，不仅可以在日常生产作业中为地面管理系统提供井下人员的实时位置信息，从而对井下作业人员进行有效地生产管理和合理的安排调度，而且能在事故发生后的第一时间内，为救援人员提供遇难人员的准确位置信息，而积极有效地实施救援工作。
4.然而，我国目前煤矿井下定位系统的定位精度和效率却普遍不能满足生产管理的需求，存在抗干扰性差、传输速率低、时间分辨率低、定位精度低、功耗高等诸多问题，且设备前期投入大、后期操作运营难度大和维护成本高。
技术实现要素：
5.本实用新型解决的技术问题是提供一种基于uwb技术的井下矿车定位系统，这种井下矿车定位系统操作简单，设备稳定性高，对信道衰落不敏感、系统复杂度低、定位精度高，在环境复杂的深井煤矿中具备极强的抗干扰能力。一种基于uwb技术的井下矿车定位系统能够实时显示车辆的位置信息，和查询车辆的历史行驶轨迹。
6.本实用新型采用如下技术方案：
7.一种基于uwb技术的井下矿车定位系统包括井上定位服务器和井下定位网络系统，其中井上定位服务器包括井上无线通信模块，中央处理器，显示屏，外部输入设备，井下定位网络系统包括基站，移动标签，井下无线通信模块，其中，所述井下定位网络系统所布置的基站至少三个。
8.所述井下定位网络系统所布置的基站安装在井下煤矿的适当位置处，所述井下定位网络系统所布置的移动标签安装在待定位的矿车上，每一个待定位矿车独立安装一个移动标签，每一个移动标签有独立的id编号。
9.所述井上无线通信模块与所述井下无线通信模块之间通过5g网络连接。
10.优选地是，所述一种基于uwb技术的井下矿车定位系统的中央处理器带有存储单元。
11.优选地是，所述一种基于uwb技术的井下矿车定位系统的基站和移动标签均采用
stm32
芯片作为mcu。
12.优选地是，所述一种基于uwb技术的井下矿车定位系统的基站的控制系统硬件电路主要包括电源模块、stm32主控最小系统和dwm1000模块
13.优选地是，所述一种基于uwb技术的井下矿车定位系统的基站控制系统的硬件电路的dwm1000模块是一个完全兼容ieee802.15.4
?
2011协议的集成单片超宽带收发器。
14.所述一种基于uwb技术的井下矿车定位系统的基站在井下定位区域内的适当位置处至少安装三个，当安装有移动标签的待定位矿车加入到事前布置好的基站网络后，移动标签发出uwb脉冲信号被井下已布置的基站所接收，井下已布置的每个基站记录基站网络中每个移动标签发送信号到达基站自身的时间，然后各基站将所记录的时间数据通过5g网络由井下无线通信模块发送至井上无线通信模块，井上无线通信模块将接收的数据值发送至中央处理器，中央处理器选择每个标签发送信号到达各基站的时间中最短的三个值，经中央处理器求得移动标签在矿井中的位置，并在显示屏上将移动标签的实时位置显示出来，同时将该移动标签此时的位置信息储存在中央处理器的存储单元中，当需要查询车辆的历史行驶轨迹时，通过井上定位服务器的外部输入设备输入待查车辆对应的移动标签id，显示屏上显示车辆的历史行驶轨迹。
附图说明
15.下面结合附图举实例做进一步详细描述：
16.图1为一种基于uwb技术的井下矿车定位系统的系统总体框架图；
17.图2为一种基于uwb技术的井下矿车定位系统的定位算法原理图；
具体实施方式
18.如图1所示，一种基于uwb技术的井下矿车定位系统包括基站a、移动标签b、井下无线通信模块c1、井上无线通信模块c2、中央处理器d、显示屏e、外部输入设备f，其中，所述基站a在井下煤矿中至少布置三个，随着井下挖掘范围的扩大，基站a的信号接收范围不能覆盖整个井下定位区域时，在新挖掘区域的适当位置处增加基站a，所述移动标签b安装在待定位的矿车上，每一个待定位矿车独立安装一个移动标签b，每一个移动标签b有独立的id编号，如图2所示，当安装有移动标签b1的待定位矿车和安装有移动标签b2的待定位矿车加入到事前布置好的基站网络后，移动标签b1和移动标签b2皆发出uwb脉冲信号，并皆可被井下已布置的基站a1，a2，a3，a4所接收，基站a1，a2，a3，a4记录基站网络中移动标签b1和移动标签b2发送信号到达各基站自身的时间，然后基站a1，a2，a3，a4将所记录的时间数据通过5g网络由井下无线通信模块c1发送至井上无线通信模块c2，井上无线通信模块c2将接收的数据值发送至中央处理器d，中央处理器d对所上传的数据进行筛选分析处理，选择标签b1发送信号到达基站a1，a2，a3的uwb脉冲信号s
11
，s
12
，s
13
的到达时间，选择标签b2发送信号到达基站a2，a3，a4的uwb脉冲信号s
22
，s
23
，s
24
的到达时间，经中央处理器计算后，求得移动标签b1和移动标签b2在矿井中的位置，并在显示屏e上将各移动标签b的位置实时地显示出来，同时将每个移动标签b此时的位置信息储存在存储模块中，当需要查询车辆的历史行驶轨迹时，通过井上定位服务器的外部输入设备f输入待查车辆对应的移动标签id，显示屏e上显示车辆的历史行驶轨迹，井下定位网络系统中的基站a可同时接收多个移动标签b，当某一移动
标签b不在某一基站a的信号接收范围内时，该基站a不能接收到该移动标签b所发出的uwb脉冲信号，亦不上传时间数据值，这样，通过对信道衰落不敏感、抗干扰能力强uwb脉冲信号对井下矿车实施实时高精度定位，不仅可以对井下作业人员进行有效地生产管理和合理的安排调度，而且能在事故发生后的第一时间内，为救援人员提供遇难人员的准确位置信息，而积极有效地实施救援工作。技术特征：
1.一种基于uwb技术的井下矿车定位系统，其特征在于：包括井上无线通信模块，中央处理器，显示屏，外部输入设备，基站，移动标签，井下无线通信模块，其中，所述基站安装在井下定位区域内的适当位置处，当移动标签加入到事前布置好的基站网络后，移动标签发出uwb脉冲信号给井下已布置的基站，基站记录移动标签发送uwb脉冲信号到达基站自身的时间，然后基站将所记录的时间数据通过5g网络由井下无线通信模块发送至井上无线通信模块，井上无线通信模块将接收的数据值发送至中央处理器，经中央处理器分析计算后，求得移动标签在矿井中的实时位置，并在显示屏上显示。2.根据权利要求1所述的一种基于uwb技术的井下矿车定位系统，其特征是：所述基站在井下定位区域内的至少安装三个。3.根据权利要求1所述的一种基于uwb技术的井下矿车定位系统，其特征是：中央处理器选择每个标签发送信号到达井下各基站的时间中最短的三个值进行分析计算。4.根据权利要求1所述的一种基于uwb技术的井下矿车定位系统，其特征是：所述移动标签固定安装在待定位的矿车上，每一个待定位矿车对应安装一个移动标签，每一个移动标签有对应的独立id编号。5.根据权利要求1所述的一种基于uwb技术的井下矿车定位系统，其特征是：经中央处理器分析计算后移动标签的位置信息储存在中央处理器的存储单元中，当需要查询车辆的历史行驶轨迹时，通过外部输入设备输入待查车辆对应的移动标签id，显示屏上显示车辆的历史行驶轨迹。
技术总结
本实用新型公开了一种煤炭深井挖掘和运输领域内的一种基于UWB技术的井下矿车定位系统，矿车定位系统，包括井上无线通信模块，中央处理器，显示屏，外部输入设备，基站，移动标签，井下无线通信模块，基站用于接收移动标签所发出的UWB脉冲信号，经井下无线通信模块和井上无线通信模块传输后，将每个基站将接收到的每个移动标签的时间数据发送至中央处理器，经中央处理器选择三个时间最短的值加以分析处理后求得移动标签的实时位置，并在显示屏上显示，当需要查询车辆的历史行驶轨迹时，通过外部输入设备输入待查车辆对应移动标签ID，显示屏上显示车辆的历史行驶轨迹，方便对井下人员进行有效地生产管理且发生事故时能准确得知遇难人员的位置信息。遇难人员的位置信息。遇难人员的位置信息。
技术研发人员：宋波 刘慧勇 张军
受保护的技术使用者：内蒙古荆华科技有限公司
技术研发日：2020.09.07
技术公布日：2021/7/5
声明：
“基于UWB技术的井下矿车定位系统的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：内蒙古荆华科技有限公司
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2024年06月28日 ~ 30日 
