[发明专利]一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法

权利要求书

1.一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：利用无源宽带谐波标签，建立谐波反向散射抗干扰模型；

步骤2：利用遗传算法优化选取使得相位误差容忍最大的最优频率组合；

步骤3：利用连贯扫射宽带多频连续波相位差测距方法，解决掘进工作面距离模糊问题；

步骤4：采用几何定位算法获得机身上无源标签的高精度定位；

步骤5：建立掘进机机身位姿模型，根据无源标签的三维坐标位置，确定掘进机机身的具体位姿。

2.根据权利要求1所述的一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：

当下行链路信号以载波频率f₀从发射机传到标签以后，利用无源标签中的非线性元件产生相应的二次谐波频率为2f₀，接收天线只接收2f₀频率的谐波信号，不再接收频率为f₀的信号，即二次谐波频率2f₀为从标签到接收天线链路的信号，实现下行和上行链路的频率分集，消除了发射天线泄漏的强自干扰、抵抗密集多径干扰。

3.根据权利要求2所述的一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：

步骤2.1，选择矿井无线通信优质载波频率包含916MHz和2.4GHz；

步骤2.2，基于矿井工作面通信距离及相位差测距距离模糊产生的机理，利用遗传算法优化选择连贯扫射宽带多频连续波频率；其中，为了优化频率的选取，要定义一个阈值方程：

其中，f_i为第i个正弦波频率，其中，1≤i≤K，K为多频连续波个数，N是自然数集合，a_i至少有一个为非零值，f为所选的最优频率组合，R_max为可测得的最远距离，则最大相位误差阈值Φ为

通过公式(1)和公式(2)即可利用遗传算法优化选取K个相位误差容忍最大的最优频率序列，设最优频率组合为f_max＝f₁≥f₂…≥f_K＝f_min，则可得到相位误差阈值为

4.根据权利要求3所述的一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：

构造回波信号模型，利用无源宽带谐波标签产生的K个二次谐波信号所产生的相位差组合来消除距离模糊，实现精确测距；读写器与无源宽带谐波标签之间的真实距离表示为

由于掘进工作面空间受限，密集多径干扰严重，实际测得的相位差和理论值之间会有误差，导致测距误差e_i存在；第i个频率作用下读写器到谐波标签的实际测量距离R_i可表示为

为了解决距离模糊问题，通过连贯发射多频连续波和有约束的最小均方误差的方法，使各个频率作用下的测量误差e_i的平方和最小，即

约束条件是，对于所有满足

此时，即可利用公式(6)和其两个约束条件，获得n_i和真实距离R的无模糊估计值；

如果相位差误差很大，且公式(7)将不成立，则放松阈值Φ为

Φ^m+1＝Φ^mω (8)

直至满足为止；其中，ω为松弛因子，取值大于1，Φ^m表示第m次设置的阈值，用Φ^m+1替代公式(7)中的Φ，则得

此时同理，利用公式(6)和其两个约束条件获得真实距离R的无模糊估计值。