基于井下的人员定位算法性能比较

摘要：随着无线技术的发展，对于井下人员定位的要求也越来越高。该文介绍了三大类室内定位算法，根据煤矿井下环境的特殊性进行模拟仿真及分析，提出了适用于井下的最优算法。并对其进行改进，同时对此算法进行了仿真，验证其有效性

关键词：定位算法；AOA TOA RTOF RSSI；仿真

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）02-0241-02

Abstract：With the development of wireless technology，we are positioned for underground workers are increasingly high requirements. This article describes three categories of indoor positioning algorithms. We are based on the special nature of the coal mine environment simulation and analysis，and then propose optimal algorithms for the underground. And to improve it， while this algorithm was simulated to verify its effectiveness

Key words： location algorithm； AOA TOA RTOF； RSSI Simulation

最近几年，随着无线技术的不断发展，很多研究者都开始致力于室内外环境人员以及物体的追踪定位研究，其中基于位置服务（LBS）备受关注。位置服务就是依照服务消费者所在地的差异推出相应的信息服务，其重要构成部分就是室内定位，所以定位算法研究极具重要性与现实意义。

1 常用定位算法

1.1 AOA测距法

AOA即基于到达角度，测量原理为接收节点基于天线阵列或是多个超声波接收器之上获得发射节点超声波信号的到达方向，并计算出发射节点和接收节点间的相对角度或是相对方位。这种算法的基础是TOA测距法，在计算的时候要使用依照TOA测距法得出的距离信息，因此容易造成二次积累误差，不提倡在大规模无线传感器网络里使用。

1.2 基于传播时间测距法

基于传播时间测距法主要有三种，一是TOA测距法，发射节点在T0时刻发出超声波信号，接收节点在T1时刻接收，已知超声波信号传播速率为V0，那么就能得出发射节点和接收几点两者的距离：（ T1 - T0 ） ×V 0 。二是TDOA测距法，TDOA即达到时间差，发射节点在T0时刻发出无线射频信号，在T1时刻发出超声波信号，接收节点分别在T2和T3时刻接收这两种信号，已知无线射频和超声波信号两者的传播速率分别为V1和V2，则发射节点和接收节点间的距离就应为：[（T3-T1）+（T2-T0）]。三是RTOF测距法，RTOF即来回飞行时间。

2 RSS测距法

2.1原理

RSS测距法就是结合已知的发射功率和天线增益，测量出接收节点的实际接受功率，并基于此得出信号的传播消耗，利用理论或是经验信号传播模型实现信号传播损耗到距离的转换。

2.2自由空间传播模型

电波传播一定路径后，受辐射能量扩散的影响，会出现能量衰减。自由空间传播损耗即发射点无线信号基于整个球面进行均匀向外扩散，直至天线接收处，落在天线有效接收面积的能量和发射总能量两者的比值。

3 仿真结果及分析

在实际应用时通常用到的定位算法包括前面提到的基于ISSI测距法、AOA测距法、TOA测距法、RTOF测距法和TDOA测距法。经过前面分析可知道，井下的环境特殊，传输距离短（最长传输距离约2km），巷道狭长，井下温度、湿度、天线高度等基本不变，煤壁为主要障碍物，射频设备不多等。根据实际情况，TDOA测距法在定位精度上较其他几种算法高，但是实现较困难，系统代价昂贵。故可将TDOA法排除。现将其他几种常用算法性能进行比较。

3.1 仿真结果

其中实线为TOA测距法的定位曲线，虚线为RTOF测距法法曲线。

3.2 性能分析

性能分析见表1。

4 结语

综上所述，结合井下特殊条件，能分析出各种综合因素，改进RSSI测距法有很多优点，如定位开销小、开发成本低、存储开销合理等，而且定位精准度也能达到井下定位精准度的标准，因此，综合比较多种定位算法，本文认为RSSI测距法是一种性价比高而且很适合用在井下空间的定位算法。

参考文献：

[1] 酷哥尔.实战无线通信应知应会[M]. 人民邮电出版社， 2010 .

[2] 刘平，李国民.一种用于井下人员定位的TOA定位算法研究[J]. 西安科技大学学报， 2007（8） .

[3] 梁玮.基于无线传感器网络的井下人员定位方法的研究[J].网络安全技术与应用，2010（8）.