基于幅频矢量感知的井下无线定位系统的设计

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由于矿井环境动态多变且作业点分散,现有的定位系统无法实时确定井下工作人员的位置,为日常管理和灾后救援工作带来不便。本文根据煤矿井下的特殊环境,提出适合在井下应用的基于幅频矢量感知的人员定位算法。本文通过对RFID、ZigBee、UWB、WiFi等常用的定位技术进行对比,由于WiFi定位技术组网方式简单,定位速度快且定位精度高,因此更适合于井下的特殊环境。由于井下巷道属于空间受限信道,电磁波的反射、折射、衍射和散射现象明显,井下巷道电磁干扰比较严重,无线通信误码率高,因而常规的定位算法在井下定位精度不够,为了降低以上不良因素对定位结果的影响,本文提出幅频矢量感知定位算法。该算法用较少参数变量完成较为复杂的计算过程,有效地减少网络节点间的通信开销,延长了网络生存周期,增强了整个网络系统的鲁棒性。  本文设计的井下定位系统主要由无线AP、定位系统服务器和井下定位终端组成。每个无线AP上寄生一个信标,该信标发出幅度相同且频率不同的电磁波,作为定位的信号;系统服务器主要完成校验登录信息、建立幅频数据库、实时定位等功能;井下定位终端选用三星公司生产的S3C6410微处理器作为硬件平台,选用Android操作系统,主要实现信号采集、人员位置实时显示语音通信的功能。最后,模拟矿井巷道环境,在楼道内搭建无线定位系统,对该定位系统的语音通信质量、定位性能进行测试。测试结果表明,幅频矢量定位算法的计算复杂度小于传统指纹算法的1/20,定位误差小于2m,符合井下定位要求。
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