针对目前煤矿工人定位系统精度低、时延大、布置复杂等问题，提出了一种基于无线电脉冲两次往返的人员高精度定位方法，并分析了定位的影响因素。通过实验。以无线脉冲的发送时间、标签的预处理时间、接收时间为要素，建立矩阵。矩阵计算结果表明，标签的位置与上述三个因素有关。进行了实验以模拟地下道路上 20-90 m 的基站间隔。结果表明，当定位基站间距为70 m时，平均定位误差比较小为0.0302 m，定位延迟小为0.43s。

煤矿人员精确定位介绍：

中国煤炭开采的主要方法是煤层的地下开采。中国煤矿的工作环境复杂而恶劣。与其他发达国家相比，我国煤矿安全形势不容乐观；尤其是五次重大灾害在我国煤矿开采的经济损失和人员伤亡中占了很大比例。但近年来，中国政府对煤矿安全工作的重视程度逐渐提高，相关法律法规不断完善，安全监管力度加大，煤矿产能结构优化，极大地提高了我国煤矿安全水平，降低了煤矿安全生产成本。事故率 。然而，由于煤炭产量大、井开采复杂、安全技术保障措施不平衡，我国部分地区煤矿事故不断发生。2004-2015年，我国煤矿火灾事故87起，死亡661人。2016年，中国发生煤矿事故197起，造成约451人死亡；百万吨煤死亡率为0.157，远高于国际标准百万吨煤死亡率（0.02）。预防重大事故是保障煤矿安全运行的重要因素。人员定位系统作为煤矿监控系统的重要组成部分，不仅在日常生产管理中监控井下人员的工作动态，而且在煤矿发生灾害时能够快速确定被困人员的具体位置。在日常管理中，可以详细监控每个工作人员的地理位置和坐标信息，并对周边环境进行粗略划分，确保工作人员所在的位置是矿山安全区域。在应急救援中，可利用残差定位节点搜索井下被困人员，并根据灾前人员活动区域实现初步检测。在煤矿安全、事故预防、应急救援等方面发挥着重要作用。

中国的煤炭资源埋藏较深，目前的地下矿山巷道和工作面可在地下1500 m。复杂多变的地下环境和众多障碍物干扰了定位过程中电磁波的传输，降低了人员定位的准确性。许多学者针对煤矿安全管理和井下应急救援的要求，提出了不同的井下人员定位方法。阿瓦德等人。（2007）提出了一种基于基于距离的曲线分量分析图（CCA-MAP）的共定位算法。该算法使用采用接收信号强度指示器 (RSSI) 技术的距离测量。仿真结果表明，该算法提高了定位精度。藤原（2007），水垣等人。（2007），藤原等人。(2008)、Halber 和 Chakravarty (2018) 研究了使用超宽带脉冲无线电 (UWB-IR) 技术的到达时间 (TOA)/到达时间差 (TDOA) 混合相对定位系统，并评估了各种距离的系统性能基站之间通过计算机模拟和实验；系统定位误差低至22 cm 。金（2009）和王等人。（2010）总结了双向测距（TWR）的激励、原理和详细的数学背景，提出了一种新的异步定位系统测距算法，减少了测距过程中使用的数据包数量，提高了测距精度。Neirynck 等人。（2016 年）提出了一种测量对称双边双向测距 (SDS-TWR) 的替代方法，该方法消除了对对称恢复约束的需要。该方法有效地使用时序参考来消除时钟漂移。Peng 和 Sichitiu (2006) 提出了一种新的到达角 (AOA) 方案，该方案可以通过测量相邻节点之间的角度来确定方向 。他们表明，即使测量不准确，信标也很少，基于角度的方法提供了更好的准确度和精度。Niculescu 和 Nath (2001) 提出了一种方法，假设每个节点都具有到达角能力，只有少数节点具有定位能力，因此所有节点都可以确定它们的方向和位置。自组织网络。南等人。（2009）提出了一种基于无线同步的单向测距算法，具有测量时间戳和时钟频率偏移。该算法不仅为节点提供瞬时时间信息，还计算相应的距离差。

对比分析发现，上述方法定位误差较大，定位时钟延迟较大。Awad 等人 (2007) 提出了一种方法，即使在 3.5 x 4.5 m 的区域内也只能达到 50 cm 的定位精度。虽然文献中提出的定位方法精度为22 cm，但定位延迟较大，系统布局较为复杂。双向测距方法的精度取决于设备的时钟漂移。研究表明，通过改进测距算法可以减少改进的数据传输，同时保证定位精度。但是，没有对定位所用时间进行优化。其他定位方法在定位时钟时有较大的延迟。分析煤矿实践发现三个主要问题：一个是到达时间和到达时间差定位方法要求发射设备和接收设备的时钟准确同步，以及设备的时钟频率偏移。 SDS-TWR中的定位变电站和定位卡影响定位精度，二是地下巷道纵横比大，二维或三维定位误差大，受缺少线路影响视线，第三种是上述测距定位方式大多需要高密度的节点布置和额外的硬件支持。

因此，本文提出了一种基于传统定位系统的无线脉冲双往返测距方法的定位技术。同时，由于试验矿巷道长而窄，一维定位时巷道宽度可以忽略。根据实验巷道的具体情况，建立定位基站布置网络，与定位标签建立比较优匹配关系，优化定位精度和时延，得到系统布置产生的精度误差和时延。

整个系统的组成：

无线脉冲高精度人员定位系统主要包括参考节点、网关、定位基站、工控机、远程监控平台、井下人员佩戴的定位标签等。系统主要分为三层，即远程监控层、数据传输转换层、后台操作观察层。

远程监控层涉及定位标签，标签与定位基站之间的数据传输是通过无线方式进行的。数据传输转换层包括基站和转换器的定位。基站发送和接收数据包并记录相应的时间，转换器应用自主定位算法计算定位距离。后台操作观察层主要包括工控机和接收机。客户端服务器可以改变定位基站、定位区域、定位标签的参数信息，而Web服务器可以回放定位标签的轨迹，实现多样化的监控功能。

无线脉冲高精度人员定位技术：

当矿工在巷道或工作面工作时，他们的位置可以通过其定位标签的坐标移动来表示。根据无线通信传输的特点，基站之间的比较大布局距离已确定为100 m。

定位系统中的无线脉冲飞行时间和响应流程如图3和图4所示. 定位数据包由任一定位基站发送，在定位范围内识别现有定位标签和其他基站，每个定位标签立即对接收到的数据包进行预处理，然后向定位基站发送回复。为防止单次测量出现意外错误，定位基站在收到定位标签返回的数据包后，再次向定位标签和其他基站发送相同的定位数据包。类似地，定位标签重复上一个响应。两次定位响应完成后，定位基站取定位标签到基站1的平均距离。

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