[发明专利]一种基于TD-LTE技术的井下通信及人员监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信监测系统，具体是一种基于TD-LTE技术的井下通信及人员监测系统，属移动通信的技术领域。特别适用于煤矿井下工作人员通信及位置信息的测定。该通信监测系统包括移动终端、中继站、通信基站、定位服务器、交换机、核心网设备、上位机和传输线。

背景技术

近年来针对煤矿井下移动通信及监测的方式方法研究已经受到了广泛的关注，相对落后的传统井下通信及监测方式已无法满足现代化要求。目前存在的井下通信系统大部分采用感应通信系统、漏泄通信系统和矿用小灵通通信系统等；对井下人员的监测主要针对人员所在位置坐标的测定。但是将上述现有通信及监测系统应用于井下尚有不足之处。首先，通信系统功能结构较为简单，未能达到高质量数字化矿井的标准，主要表现为：话音延迟明显，载波带宽较窄导致大容量文件传输速度受限；射频天线吞吐量小，辐射范围不能覆盖所有待测人员，小区边缘盲区现象尤为严重；小区间未能保持系统同步，存在较为严重的信息收发错位等问题。其次，对井下人员位置坐标的测定仅限于固定点位的监测，用于监测的定位服务器抗静电与电磁干扰力差；坐标测定算法单一，测得的人员坐标数据误差较大，一旦井下发生事故，不精确定位会直接影响救援工作的顺利进行。时分长期演进(TD-LTE)技术以其低传输时延、高传输速率、优化的网络架构、大载波带宽和大容量覆盖等优点从众多通信技术中脱颖而出，其主要特点很好的解决了矿井中复杂恶劣条件下通信及监测难的问题。因此，研究一种新的基于TD-LTE技术的井下人员通信及监测系统势在必行。

中国专利申请号200920112969.2，公开日2009.12.30，公开了一种具有一键对讲功能的煤矿井下通信手机。包括外壳、用以给系统提供电源的电源管理模块、用于实现通信功能的中央控制模块、用于通过无线射频技术将数据发出或接收射频信号的无线通信模块和用于控制耳麦的语音数据的语音处理模块。该手机能增强对讲功能、具备一键对讲功能按钮，但是不足之处在于该系统结构简单功能单一，无法实现井下通信多业务多需求拓展；且射频模块中采用的是单天线设计，将会导致该手机在井下恶劣环境下通话质量低，所受小区间干扰严重，实际应用受限。

中国专利申请号200710057432.6，公开日2008.11.26，公开了一种专用于井下人员定位使用的通信线缆。该线缆在内含电源上分布若干定位信息接收节点连接端口，线缆至少采用6芯线缆。该线缆可变为复合通讯线缆，实现原有线缆的替用。也可根据实际需求，在井下各检测区段的范围内，选择通信线缆上的定位接收节点连接端口之间的间隔，实现动态调整定位精度的需求，并通过定位接收节点装置的安装，从而完成井上和井下的定位及通讯。不足之处在于该通信线缆抗外部破坏力差，稍有破损就会导致通信中断，无法适应井下复杂环境中的通信及信息传输，尤其当井下发生瓦斯爆炸事故时，掉落的燃烧着的矿石会瞬间将线缆砸断或熔毁以致无法使用。而且关于人员定位方面只局限于确定井下固定点坐标处是否存在工作人员，不能获取人员离开此点位后的具体位置，没有解决定位的根本问题。

鉴于此，当前煤矿井下迫切需要一种新的无线通信及人员监测系统。本发明将现有通信系统及监测算法进行改进，并将改进后的系统及算法应用于井下工作人员通信及位置信息的测定中。

发明内容

为了克服现有的井下有线通信定位线缆的抗外部破坏力差，延拓性低，发生事故后易砸断或熔毁；现有井下无线通信系统结构简单功能单一，低速率高延迟，盲区现象严重，人员位置监测算法的测定精度低，测量范围小，鲁棒性差等缺点，本发明提供一种无线通信监测系统及算法，具体是一种基于TD-LTE技术的井下通信监测系统及人员定位算法。通过引入正交频分多址接入和多输入多输出等技术将系统进行优化，降低用户通话时延同时提高数据传输速率和各项性能；将定位算法改进为信号收发时间测量与角度测量的混合测量模式，通过获取发射信号的回波时间和智能天线接收信号的角度两项参数从而准确计算井下人员位置坐标，大幅提高定位精度，实现复杂条件下的高质量无线通信、数据传输及人员位置信息监测。

本发明采用的技术方案是：