【正文】 接收信號強度（RSSI）的定位系統(tǒng)。10
 第二章礦井人員定位技術(shù)基礎(chǔ)無線定位技術(shù)涉及到許多學(xué)科及領(lǐng)域，從不同的角度來看，無線定位技術(shù)也會有不同的分類結(jié)果。如圖，描述了方向角定位和圓周定位相結(jié)合定位的基本原理。9
 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文ABCD基站圖 25基于區(qū)域的定位原理如圖 25所示，根據(jù)接收機的天線圖，確定終端位于某天線的覆蓋區(qū)域位置，定位精度低。如圖 24所示，兩基站分別測得終端電磁波的入射角a和b，則該終端必定位于這兩條射線的交點上。圖 24入射角度定位原理根據(jù)方向角定位，必須有非常小的方向圖，常見有陣列天線 DOA測量。如圖 23所示，設(shè)終端(x, y)到基站 1(x1, y1)和基站 2(x2, y )2之間的距離差為 R12，則根據(jù)雙曲線方程有(x x1)2+ (y y1) (x x2) + (y y2) = R122 2 2（24）同理，設(shè)終端與基站 2和基站 3之間的距離差為 R23，則有(x x2) + (y y2) (x x3) + (y y3) = R23由以上兩式確定的兩條雙曲線在平面上的交點即是終端位置(x, y)2222（25）。設(shè)終端位于點 (x, y)，三個基站分布位于(x1, y ) (x2, y2) , (x3, y )， 位置，分布1 3測得離三基站直線距離 R R R3，則有數(shù)學(xué)關(guān)系式:(x x1)(x x2)(x x3)2+ (y y1)2= R12（21）（22）（23）2+ (y y2)2= R2222+ (y y3)2= R3由以上三個方程，可求出移動終端的坐標(biāo)(x, y)。具體而言，在二維平面定位方法包括圓周定位，雙曲線定位，方向角定位等。礦井人員定位技術(shù)的性能評價指標(biāo)包括定位精度、定位時間、系統(tǒng)容量、系統(tǒng)的穩(wěn)健性以及系統(tǒng)功耗。此外，還必須要求礦井人員定位系統(tǒng)具有低成本，低功耗特性。根據(jù)礦井規(guī)模的不同，井下人員數(shù)目從數(shù)百人到上千人不等，則就要求系統(tǒng)必須具備大的容量，能夠滿足礦井下所有人員定位的需求。這就要求系統(tǒng)設(shè)計必須具有一定的冗余性，并且要具有很好的自適應(yīng)功能，當(dāng)其中某部分出問題后，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常工作。而對于保障人員生命安全而言，實時性要求比較高，一般達(dá)到幾秒至幾十秒更新一次位置。對于實時性要求，根據(jù)各個礦井的不同需求也不盡相同。對于側(cè)重于生產(chǎn)管理的礦井，一般定位精度到幾十米即可。定位精度是定位系統(tǒng)的最重要的一個指標(biāo)。定位空間狹窄，與室內(nèi)、室外二維定位不同，礦井內(nèi)部寬度有限，則礦井巷道定位問題即可簡化為對一維縱深方向的定位問題，同時由于巷道狹窄，電磁波傳播易受巷道壁、管道等的影響，存在非常明顯的多徑衰落效應(yīng)。一個礦山通常有一條或幾條主巷道，再從各主巷道分支處不同支巷道到達(dá)工作面。圖 21礦井巷道煤礦一般位于地下幾公里至幾十公里深處，煤礦中有各種各樣的巷道，如大巷、回風(fēng)巷、運輸平巷、副巷等，曠工通過由各種巷道到達(dá)開采工作面。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位及室內(nèi)定位不同，礦井定位的定位范圍小、多徑效應(yīng)嚴(yán)重、信道非平穩(wěn)。然后提出了一套基于線性調(diào)頻連續(xù)波的距離差礦井人員高精度定位方案，給出了系統(tǒng)整體架構(gòu)及工作流程，并設(shè)計完成一套原理驗證實驗方案，通過仿真和實驗驗證了本方案的高精度、高動態(tài)定位性能。設(shè)計完成一套基于相位差的井下人員高精度定位系統(tǒng)結(jié)合 Atmel公司最新推出的具有相位差測距功能的 Zigbee收發(fā)模塊，設(shè)計完成了一套高精度井下人員定位系統(tǒng)，對系統(tǒng)整體架構(gòu)，定位部署等進(jìn)行了研究，4
 第一章緒論同時分別從感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層進(jìn)行了具體方案設(shè)計，最后通過實驗驗證了該系統(tǒng)的性能。同時為了獲得更高的定位精度及定位效率，本文從定位原理出發(fā)，提出一種基于線性調(diào)頻連續(xù)波的距離差定位技術(shù)，并通過仿真和實驗對其定位性能進(jìn)行驗證。然后根據(jù)巷道特點，設(shè)計了一種基于相位差的高精度人員定位方案，并對整套系統(tǒng)整體構(gòu)架進(jìn)行了設(shè)計。本文針對礦井巷道內(nèi)人員高精度定位進(jìn)行研究。國內(nèi)，對于礦井人員高精度定位技術(shù)的研究還處于起步階段，井下環(huán)境特殊復(fù)雜，地面上的高精度定位技術(shù)并不能直接應(yīng)用于井下定位。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于室內(nèi)和室外環(huán)境的定位，系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，成本較高。隨著定位技術(shù)不斷向高精度發(fā)展，國外的公司已經(jīng)推出了一些高精度的定位系統(tǒng)。在線定位階段，通過和數(shù)據(jù)庫中指紋信息相比較確定標(biāo)簽位置。Ekahau的井下WiFi定位系統(tǒng)采用空間指紋譜算法定位。隨著井下無線技術(shù)的發(fā)展，基于 WiFi的定位技術(shù)也逐步向井下擴(kuò)展[2729]。其定位的基本原理是首先搜集城市里每個 Wifi無線 AP的位置，并記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫。全球許多定位系統(tǒng)就是基于該引擎進(jìn)行開發(fā)[26]?；?WiFi的定位技術(shù)在室內(nèi)應(yīng)用比較成熟。(3)基于 WiFi技術(shù)的定位系統(tǒng)。ZigBee非常適合組建 WSN，也非常適合室內(nèi)定位應(yīng)用。(2)基于 Zigbee技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)[2225]。RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別技術(shù)，通過發(fā)射射頻信號來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和識別，是一種非接觸式自動識別技術(shù)。礦井定位技術(shù)方面，主要存在以下幾種定位系統(tǒng)。中國礦業(yè)大學(xué)孫繼平教授對礦井下電磁波的傳輸特性進(jìn)行了非常詳細(xì)的研究，結(jié)合我國部分煤礦井下煤巖層介質(zhì)的特性、礦井巷道的結(jié)構(gòu)和環(huán)境特點，總結(jié)了電磁波在特定環(huán)境[712]以及不同巷道形狀[1315]、不同截面尺寸[16]中的巷道中的一般傳播特性，對不同形狀巷道中的電磁波傳輸截止頻率[17]和傳輸損耗[18]做了大量數(shù)值模擬分析。新加坡南洋科技大學(xué) Zhang, [6]。Yanlaguchi和 Deryck等人[4]也對矩形巷道的固有傳輸、傳輸損耗預(yù)測做了相應(yīng)的研究。比利時的 Paul Delogne教授于 1982年出版了第一部系統(tǒng)論述地下無線電通信的專著[3]，從最基本的 Maxwell方程出發(fā)，系統(tǒng)地分析了漏泄饋線在隧道中的激勵場及場的模式轉(zhuǎn)換和傳播問題。礦井人員定位技術(shù)涉及到眾多學(xué)科與領(lǐng)域，礦井巷道是一個封閉的非自由空間，同時礦井具有不同的形狀特點，煤巖層介質(zhì)各異，這就導(dǎo)致了電磁波的傳播特性具有不同的特點。隨著移動蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了將移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)與 GPS定位系統(tǒng)相結(jié)合的 AGPS定位系統(tǒng)，其克服了 GPS衛(wèi)星信號被遮擋后存在定位盲區(qū)的缺點，在定位方面具有一定優(yōu)勢。GPS定位系統(tǒng)利于遍布太空的多顆衛(wèi)星進(jìn)行定位，具有精度高、全天時、全天候、客戶容量無限等特點，在全球被廣泛使用，在個人定位導(dǎo)航、車輛船舶的調(diào)度管理、軍事中發(fā)揮了重要作用。因此礦井人員高精確定位技術(shù)在礦井下的應(yīng)用有著非常重要意義和很好的發(fā)展前景。然而礦井等封閉空間內(nèi)，電磁波傳播非常復(fù)雜，衰減，反射等現(xiàn)象突出，多徑效應(yīng)極其嚴(yán)重，這給礦井下高精度定位帶來了巨大困難。智利此次礦難成功救援世界罕見，堪稱奇跡，創(chuàng)造了迄今為止被困地底時間最長、且成功生還的世界紀(jì)錄。確定遇險人員的精確位置后，智利救援人員采用先進(jìn)的地面快速垂直鉆井救援技術(shù)展開救援。同時精確的人員定位，對救援方式也會帶來新的變革。井下人員定位在礦山日常人員管理和救援中發(fā)揮著非常巨大的作用。在國家建設(shè)和諧社會的旗幟下，近些年來國家出臺了一系列的政策來保障煤礦的安全生產(chǎn)，加強了對煤礦行業(yè)的監(jiān)管和治理，淘汰了一大批產(chǎn)能低、生產(chǎn)水平落后的煤礦，同時鼓勵煤礦企業(yè)提升生產(chǎn)的科技水平，鼓勵各大科研機構(gòu)參與煤礦安全生產(chǎn)設(shè)備的研究。和世界水平相比，我國礦難死亡率非常之驚人，所以中國的采礦業(yè)也被認(rèn)為是世界上最危險的行業(yè)之一，這些數(shù)字的背后更是千千萬萬個家庭的破碎。2010年百萬噸死亡率 。圖 11礦難死亡人數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)據(jù)統(tǒng)計，在 2005年產(chǎn)量 21億噸死亡 5986人，百萬噸死亡率為 。然而，我國的煤炭生產(chǎn)安全方面存在的問題非常嚴(yán)峻。關(guān)鍵詞：礦井巷道，高精度，人員定位，相位差，線性調(diào)頻I
 ABSTRACTABSTRACTHigh accuracy positioning for miner is the future of positioning system in minetunnel. It is extremely significant for coal mine accident rescue and daily personnelmanagement. At present, general coal mine personnel positioning system, which isbased on RFID or RSSI technology, can’t meet the requirements for highprecisionlocation due to the plex underground environment, narrow, dark, wet and full ofpipelines, causing serious phenomenon of radio wave multipath fading. So we have tofigure out a new positioning strategy to achieve the high accuracy positioningunderground.In this paper, firstly, we discuss the basic principle and theory of wirelesspositioning. Then we analyze the characteristics of positioning in mine tunnelunderground. Secondly, we design a new set of personal positioning system, which isbased on the phase difference ranging technology using AT86RF233 as core, in minetunnel. We carry all levels of the system on the detailed design, from the perspective ofthe internet of things. Finally, we verify the system’s performance of high precisionpositioning by experiment.Also, consideration of the characteristics of the mine tunnel, we originally present ahigh precision personal positioning scheme in mine tunnel based on the linear frequencymodulated continuous waveform to achieve a better realtime positioning performance.The paper gives a detailed description on the structure of scheme, signal processing andparameter selection. Finally, we use Matlab to verify the performance of the systemwith the model of electromagnetic wave propagation in mine tunnel. Finally, weplete the detailed design of the whole system by giving block diagrams andsequence diagrams according to the actual demand.The results of simulation and experiment illustrate that the system based on thephase difference ranging and the linear frequency modulation continuous wave canreach the requirement of high accuracy positioning for miners.Key