[发明专利]一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法

说明书

本发明公布了一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法，属于掘进机位姿识别领域；首先利用无源宽带谐波标签，建立谐波反向散射抗干扰模型，以消除发射天线泄漏的强自干扰和密集多径干扰；然后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；接着利用连贯发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；采用几何定位算法获得机身上无源标签的高精度定位；最后建立掘进机机身位姿模型，根据无源标签的三维坐标位置，即可实现掘进机机身位姿参数检测。

技术领域

本发明涉及掘进机位姿识别领域，特别涉及一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法。

背景技术

随着智能化装备和物联网技术的发展，矿山采、掘、运等安全生产过程逐渐趋向无人/少人化，悬臂式掘进机位姿实时识别技术是综掘工作面无人化技术的核心，掘进质量直接决定生产效率，对提高煤矿井下安全生产管理及人员调度的有效性、应对突发事故抢险救援的高效性、实现未来机器协同工作及智能化无人生产都具有重要意义。近年来，相关学者对掘进机位姿定位识别进行了一定的研究。中国矿业大学(北京)吴淼教授团队提出了一种面向掘进机的超宽带位姿协同检测方法，依据波达时间差及P440模块测距建立定位模型,利用协同定位算法估计定位点坐标，以及将悬臂式掘进机的机械机构简化为一系列平移或旋转关节串联而成的运动链,建立了掘进机空间位姿坐标体系；中国矿业大学的童敏明教授团队提出了一种基于机器视觉的掘进机机身实时监测系统，对掘进机机身位姿参数进行自动检测，抗干扰能力强。以上掘进机定位与姿态识别方法基本上采用的是有源定位识别技术，随智能化、无人化矿山开采技术的发展，有必要开展隧道、矿井等复杂环境下的无源识别方法的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不同而提供一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法，利用无源谐波反向散射标签消除了发射天线泄漏的强自干扰、抵抗密集多径干扰，基于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的问题，实现准确有效的掘进机位姿识别。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法，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。

作为本发明一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法的进一步优选方案，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。

作为本发明一种基于无源RFID的掘进机位姿参数检测方法的进一步优选方案，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：