欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2021111767360
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种基于无源光标签的井下定位装置,其特征在于,包括具备光强调制和能够实现光的后向反射功能的组合式光标签、光发射器以及接收器,组合式光标签纵向均匀铺设在巷道顶板上;在矿车的顶部分别安装光发射器和接收器,且光发射器和接收器朝向巷道顶部,矿车内部均安装有边缘计算节点,用来实时获取反射光强信息并根据光强信息解析出相应的光信号位于哪个组合式光标签附近,以定位矿车的位置;组合式光标签是将若干个子光标签组合形成的,子光标签由吸收层和反射层组成,吸收层由聚乙烯薄膜制成,反射层位于吸收层后方,在组合式光标签中增设参考层,参考层由反射层构成。

2.根据权利要求1所述的一种基于无源光标签的井下定位装置,其特征在于,组合式光标签包括子光标签1、子光标签2、子光标签3。

3.根据权利要求1所述的一种基于无源光标签的井下定位装置,其特征在于,每个组合式光标签间隔十米安装。

4.一种基于权利要求1‑3任一项所述无源光标签的井下定位装置的井下定位方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:在矿车进入矿井之前,调频装置利用频率分配算法预先为每个矿车的光发射器分配一个独特的发光频率;

步骤2:当矿车在井下工作时,其携带的光发射器持续发射光信号,经过组合式光标签下方时,被调制的反射光被接收器接收;

步骤3:边缘计算节点对接收的光信号进行处理并识别组合式光标签,并对矿车进行定位,以确定当前矿车位于哪个组合式光标签附近;

步骤1中频率分配算法如下:

利用矿车上配备的LED灯作为光发射器,预先为每个矿车的LED分配一个独特的发光频率,选择脉冲宽度调制控制每个LED灯以独特的频率闪烁,设LED灯闪烁频率为f,将占空比k设置为50%,则频率范围在1000Hz和R/2之间;

相邻频率间隔的阈值:设采样次数为N,采样率为R,则频率分辨率为fre=R/N,且相邻频率的最低间隔大于200HZ,则相邻频率间隔的阈值为Max(fre,200),避免脉冲宽度调制频率之间成整数倍的关系。

5.根据权利要求4所述的一种基于无源光标签的井下定位方法,其特征在于,步骤3中的定位算法如下:由边缘计算节点提取出接收器接收的该矿车预设频率光的强度,并对数据进行处理并识别组合式光标签,根据预先存储的光标签位置信息,实现对目标的定位,包括三个步骤:数据获取、差分修正、标签识别;

3.1数据获取

当矿车在无光标签区域活动时,接收器接收的光强微弱;当矿车在组合式光标签区域活动时,光强值增加且发生变化;矿车将依次经过一个参考层以及三个子光标签,当矿车进入或离开参考层和子光标签时,光强值大幅波动,该光强值是无价值的,无法用于识别组合式光标签;而当矿车完全进入参考层和三个子光标签后,光强值保持稳定状态,此光强值将用于组合式光标签识别;为了获知当前时刻位于哪个组合式光标签附近,对历史光强序列进行回溯,首先寻找距离当前时刻最近的一段光强增加的光强序列,即矿车在组合式光标签区域的光强序列;然后提取其中四个稳定阶段的光强值ir、i1、i2、i3,即接收器接收到的分别经参考层反射以及三个子光标签调制的光强值;

3.2差分修正

采用差分修正对获取的光强数据进行处理,在无光强波动情况下经参考层反射以及三个子光标签调制的光强分别为i′r、i′1、i′2、i′3,经参考层反射的光强和经子光标签调制的光强受到光强波动的一致影响,将二者进行差值处理即消除光强波动,如公式(5)所示:其中,x为光强波动量;

由式(5)可见,通过分别将参考层与子光标签1、子光标签2、子光标签3的数据进行差分修正,光强波动量x被消除;

3.3标签识别

首先边缘计算节点根据标准状态下的光强建立标签指纹库,然后利用该标签指纹库对组合式光标签进行识别;首先,根据指纹库对每个子光标签进行识别,将参考层与子光标签的光强差i′r‑i′a作为指纹,a=1,2,3;将接收到的光强值进行差分处理后,与指纹库进行匹配,以识别出三个子光标签;然后,将三个子光标签的序列与组合式光标签库匹配,最终识别组合式光标签;最终,根据预先存储的光标签位置信息,实现目标的位置定位。