一种基于射频识别技术的位移传感定位系统及其定位方法

摘要

一种基于射频识别技术的位移传感定位系统及其定位方法，该系统包括若干定位通讯单元，其由两个基站和两端与之连接的已知长度漏泄电缆构成。漏泄电缆两端的基站向移动站发送带有时间标记的信号，在两个基站之间任一位置的移动站侦听接收来自两个基站的信号，通过分析两个基站信号发送时钟和到达时钟，以及已知移动站至两个基站通过漏泄电缆传输信号的速度和距离，可分析计算出移动站在两个基站之间的准确位置，完成位移传感定位通讯。本发明实现了移动站在巷道内的位移传感定位通讯，免除了传统定位通讯系统中使用定位读卡器和分站等大量设备的安装、调试，简化了系统，减少了安装工作量和后期维护工作量，并提高了系统的稳定性和性能，实现系统覆盖范围内全程连续性精确定位通讯。

说明书

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种基于漏泄电缆射频传输技术的巷道定位通讯系统及其定位方法。

背景技术

目前，传统的巷道定位通讯系统技术绝大部分采用在定位线路上布置若干个定位点，在各定位点安装定位通讯射频读卡器，每个定位通讯读卡器有不同的身份识别码，并与其附近移动站相互通讯。当移动站移动到定位点读卡器附近后，根据读卡器和移动站的相互识别，确定移动站的身份和位置信息，实现移动站的定位通讯。这种传统的位移传感定位系统，需要在定位区域沿线安装大量定位读卡器，每个读卡器都是由复杂的集成电路和射频芯片构成，并通过线缆连接，读卡器安装调试工作量大，后期的维护工作量大，系统故障率高、稳定性差，而且定位的精度差，有效定位区域只是每个读卡器以中心点向四周辐射的一片片非连续区块。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于漏泄电缆传输技术的定位通讯系统，在巷道环境下无需大量安装定位通讯读卡器，结构简单、系统稳定性强，并能沿线无盲区连续定位通讯的基于漏泄电缆传输技术的定位通讯系统，

为实现上述目的本发明采用了以下技术方案：一种基于漏泄电缆射频传输技术的巷道定位通讯系统，由上位机和与上位机连接通讯的若干定位通讯单元构成，所述定位通讯单元包括一段沿巷道铺设的且长度已知的漏泄电缆和连接在漏泄电缆两端的两个基站；所述基站内设置数据处理模块和射频通讯模块，基站的射频通讯模块连接并通过漏泄电缆收发带时钟的射频信号，移动站沿漏泄电缆移动，通过漏泄电缆传输射频信号与基站通讯。

连接在所述漏泄电缆两端的两个基站发送的射频信号带有该基站身份标记和发送信号时的时钟标记；移动站在沿线任一位置，接收到两端基站信号，通过分析两基站信号发送时钟标记和到达移动站的时钟标记，并根据射频漏泄电缆上电磁信号传输速度和通过漏泄电缆传输距离的已知条件，分析计算确定移动站自身的位置，并将位置信息通过漏泄电缆发出至传输至基站和系统，完成定位通讯。

本发明还公开了一种基于漏泄电缆射频传输技术的巷道定位通讯系统的定位方法，包括下述步骤：

（1）设定巷道内铺设的漏泄电缆L的长度为1,漏泄电缆两端分别连接基站A和基站B，移动站为Y。移动站Y沿漏泄电缆移动，在两个基站间任一位置，都能通过漏泄电缆L接收到基站A和基站B发送的信号，信号包含基站识别标记和信号发送时的时钟标记。

（2）站时钟标记的设定：

站时钟即本站收发信号时根据本站时钟记录的时钟标记。从基站A发出信号时，基站A发出时钟标记为Ta；信号到达移动站Y，移动站Y到达时钟标记为T(y1)；从基站B发出信号时，基站B发出时钟标记为Tb，基站B信号到达移动站Y，移动站Y到达时钟标记为T（y2）。

（3）标准时钟标记的设定：

因为个体差异，每个站的站时钟之间都有同步时钟误差。设以基站A的站时钟Ta为标准时钟，各站与基站A时钟Ta校时。基站B与标准时钟的同步时钟误差设为T(BW),移动站Y与标准时钟的同步时钟误差设为T(YW)。为使各站时钟同步，定位通讯单元各站采用标准时钟，各站以基站A时钟Ta为同步标准进行修正。基站B标准时钟标记为Tbb，Tbb=Tb-T(BW)，即基站B的标准时钟为基站B的站时钟减去基站B与标准时钟的同步误差T(BW)。移动站Y的标准时钟标记为Tby，Tby=Ty-T(YW)，即移动站Y的标准时钟为移动站Y的站时钟减去移动站Y与标准时钟的同步误差T(YW)。

(4)基站A、基站B校时。

因为个体时钟差异，基站A、B时钟有同步误差，并且随着时间推移误差越来越大。为使A、B保持时钟同步，定位通讯单元每隔一段时间就需要校时一次。基站B与基站A校时时，基站B向基站A发送一个带时钟标记的信号，根据A、基站B之间漏泄电缆长度l已知，电磁信号传输速度c为300000km/s已知，B到A的信号传输时间T0=l/c。设基站B信号发送的站时钟为Tb，基站A收到信号时站时钟为Ta。两个站时钟之间的时差T1=Ta-Tb。如基站B时钟与A时钟同步，Ta-Tb=T1=T0。如基站B时钟Tb与Ta有同步误差T(BW)，则T1≠T0,T(BW)=T0-T1。根据条件Ta、Tb、l、c已知，T(BW)可在每次校时时被站数据处理模块求得。

(5)定位通讯单元各站站时钟修正为标准时钟，使时钟同步。

    移动站Y移动到A、基站B间漏泄电缆线路上任意一点，都能收到基站A基站B分别发送的带有时钟标记的信号。为使所有站时钟同步，所有站时钟均以基站A时钟Ta为标准修正同步误差。设移动站Y的站时钟Ty和标准时钟存在同步误差T（YW），Y标准时钟Tby=Ty-T(YW)。移动站Y接收到基站A信号，基站A信号发送时钟为Ta,到达移动站Y的到达站时钟为T(y1)，到达标准时钟Tby1=（Ty1-TYW）。移动站Y收到基站B的信号，发送站时钟为Tb、发送标准时钟Tbb=(Tb-TBW)；到达移动站Y的站时钟为Ty2、到达标准时钟Tby2=（Ty2-TYW）。

(6)根据已知信息，推导出移动站Y的位置信息。

设基站A到移动站Y的电磁信号运行时间为Tay，Tay为基站A信号发送标准时钟和移动站Y接收标准时钟之间的时差。即Tay=Ta-(Ty1-TYW)；设基站B到移动站Y的电磁信号运行时间为Tby，Tby为基站B信号发送标准时钟和移动站Y接收标准时钟之间的时差。即Tby=Tbb-(Ty2-TYW)。                     

基站A信号到达移动站Y运行的时间Tay与基站B信号到达移动站Y运行的时间Tby之差与之和可获得方程组，并通过已知信息求出Tay和Tby的值。Tay-Tby=[Ta-(Ty1-TYW)]-[Tbb-(Ty2-TYW)]=Ta-Ty1+TYW-Tbb+Ty2-TYW=（Ta-Ty1）-（Tbb-Ty2）。推导出Tay-Tby=（Ta-Ty1）-（Tbb-Ty2）。此推导过程中抵消了移动站Y的站时钟误差T（YW），故未知量T（YW）可不求。又移动站Y在两基站A、B之间的漏泄电缆沿线上，漏泄电缆长度为l，Tay、Tby为A、基站B分别到移动站Y的电磁信号运行时间，c为已知电磁信号传输速度；则有Tay*c+Tby*c=l成立,即有Tay+Tby=l/c。

    将Tay-Tby=（Ta-Ty1）-（Tbb-Ty2）和Tay+Tby=l/c列为方程组。根据方程组解法，两式等号两边相加解得2Tay=(Ta-Ty1）-（Tbb-Ty2）+l/c，解得Tay=[(Ta-Ty1）-（Tbb-Ty2）+l/c]/2。移动站Y位置确定为距离基站A Tay*c的位置处。

    由上述技术方案可知，本发明利用一段已知长度漏泄电缆和与其两端相连的两个基站，两端基站和移动站内设置数据处理模块和射频通讯模块，基站的射频通讯模块连接并通过漏泄电缆收发射频信号；移动站沿漏泄电缆移动，移动站通过移动路径上的漏泄电缆与基站通讯，基站发送的射频信号带有该基站身份标记和发送信号的时钟标记，移动站侦听并接收该信号，通过分析两个基站信号发送时钟标记和到达时钟标记，并通过两个基站之间信号通过漏泄电缆传输距离和传输速度等已知条件，分析计算出移动站在两个基站之间的准确位置，完成位移传感定位，并将位置信息通过漏泄电缆发出传输至基站和系统。

本发明的有益效果：利用定位通讯单元的两个基站和两端与之相连的一段已知长度漏泄电缆在巷道内实现移动站的位移传感定位通讯，免除了传统定位通讯系统中大量使用定位读卡器的安装，简化了系统，减少了安装工作量和后期维护工作量，并提高了系统的稳定性和性能，实现覆盖范围内全程连续性定位通讯。

 

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。

图1为本发明中的定位通讯单元结构示意图；

图2为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的定位通讯单元包括一段沿巷道铺设的且长度已知的漏泄电缆L24和连接在漏泄电缆两端的基站A21和基站B22；基站A21内设置基站A数据处理模块211和基站A射频通讯模块212，基站B22内设置基站B数据处理模块221和基站B射频通讯模块222，两基站的射频通讯模块连接并通过漏泄电缆L24收发带时钟的射频信号，移动站Y25沿铺设在巷道内的漏泄电缆24移动，两者不接触，但其可以通过漏泄电缆L收发射频信号并与基站A、B通讯。两端基站分别向漏泄电缆L发送带有该基站身份标记和发送时钟标记的信号，移动站Y在沿线的任一位置，都可分别接收到基站A、B通过漏泄电缆L发送来的信号。移动站Y通过漏泄电缆L与基站A、B进行通讯，并获取相关时钟信息，通过运算得到移动站Y的位置信息，并通过通讯电缆将位置信息传送至系统和上位机，完成位置传感定位。

移动站Y在漏泄电缆L沿线任一位置，通过漏泄电缆L侦听并接收来自基站A、B分别发送来的信号。基站A信号发送站时钟标记为Ta,信号达到移动站Y的到达站时钟标记为Ty1；基站B信号发送站时钟标记为Tb,移动站Y接收此信号的站时钟标记为Ty2。设以基站A的站时钟Ta为标准时钟，各站与基站A时钟Ta校时，基站B与标准时钟的同步误差为T(BW),移动站Y与标准时钟的同步误差为T(YW)。为使各站时钟同步，各站以基站A时钟Ta为标准时钟进行修正为同步的标准时钟。基站B标准时钟记为Tbb，Tbb=Tb-T(BW)。移动站Y的标准时钟标记为Tby，Tby=Ty-T(BY)。

移动站Y移动到A、B之间漏泄电缆线路上任意一点，都能收到基站A基站B分别发送的带有时钟标记的信号。根据上述的定位方法，基站A与基站B每隔一段时间进行校时，得到基站B与标准时钟的同步误差T(BW)值。移动站Y与标准时钟误差T(YW）值未知可不求。设基站A到移动站Y的电磁信号运行时间为Tay，基站B到移动站Y的电磁信号运行时间为Tby。                 

移动站Y的内置数据处理模块通过基站A、基站B发送信号和移动站Y接收信号的发送时钟和到达时钟Ta、Ty1、Tb、Ty2值，以及基站A、基站B校时得出的T(BW)值，移动站的数据处理模块根据本发明涉及的定位方法推导出的公式Tay=[(Ta-Ty1）-（Tbb-Ty2）+l/c]/2，移动站数据处理模块计算出Tay的值，确定移动站Y的位置为A、B之间距站A距离Tay*c的位置。移动站计算出自身位置后，将位置信息和站信息通过射频信号通过漏泄电缆发送至基站及上位机，完成站Y的定位通讯。

本发明通过信号收发的时钟信息计算移动站Y的位置信息，运算可以是在移动站数据处理模块，也可以使基站的数据处理模块，也可以使上位机。

图2所示为本发明的系统结构示意图，该系统由上位机1和与上位机连接通讯的第一、第二和第三定位通讯单元组成，定位通讯单元的数量视设计要求而定，可多可少。其中：第一定位通讯单元由基站A1、基站B1、移动站Y1和一段沿巷道铺设连接两站且长度已知的漏泄电缆L1构成；第二定位通讯单元由基站A2、基站B2、移动站Y2和一段沿巷道铺设连接两站且长度已知的漏泄电缆L2构成；第三定位通讯单元由基站A3、基站B3、移动站Y3和一段沿巷道铺设连接两站且长度已知的漏泄电缆L3构成。上位机与若干定位通讯单元之间采用通讯电缆连接并互相通讯。另外上述为定位的标准形式，实际在一个定位单元内可以有很多移动站Y，也可以没有移动站。本发明利用系统每个定位通讯单元的两个基站和一段漏泄电缆，实现移动站在巷道内的位移传感定位通讯，免除了传统定位通讯系统中大量使用定位读卡器和分站等大量设备的安装、调试，简化了系统，减少了安装工作量和后期维护工作量，并提高了系统的稳定性和性能，实现系统覆盖范围内全程连续性精确定位通讯。

上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。