[发明专利]基于RFID的煤矿人员定位系统及定位方法

权利要求书

1.基于RFID的煤矿人员定位系统，其特征在于，包括多个内置RF信号发射器的液压支架、顺槽集控中心、上位机、多个交换机，与交换机相连的读卡器，以及煤矿人员随身携带的标识卡；RF信号发射器发射低频RF信号，标识卡接收到低频RF信号后，将RF信号和标识卡本身标识信号通过读卡器上报到顺槽集控中心，顺槽集控中心将接收到的信息传输至上位机，通过上位机计算出标识卡相对于发送器的相对位置。

2.基于RFID的煤矿人员定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、等间距安装多个液压支架，液压支架内设有RF信号发射器，RF信号发射器向外发射低频RF信号，并记录信号发射时间，将信号发射时间与低频RF信号一并向外发射；

S2、标识卡接收到低频RF信号后，记录信号接收时间，将RF信号、信号发射时间、信号接收时间和标识卡本身标识通过读卡器上报到顺槽集控中心，顺槽集控中心将接收到的信息传输至上位机；上位机通过三角计算方法或者TDOA定位原理计算出标识卡相对于发送器的位置。

3.根据权利要求2所述的基于RFID的煤矿人员定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，三角计算方法的原理为：记标识卡位置为A，通过计算信号接收时间和信号发射时间的差值找出离标识卡最近的两个RF信号发射器，其位置记为B和C，利用三角形ABC计算标识卡在水平方向与竖直方向上相对于两个RF信号发射器的位置；其计算公式为：

a²＝b²+c²-2bc cos A

a/sin A＝b/sin B＝c/sin C

b＝a(sin B/sin A)

c＝a(sin C/sin A)

a sin B＝b sin A＝hc

其中，a表示BC的长度，即两个RF信号发射器之间的距离；b表示AC的长度，即标识卡到其中一个RF信号发射器的距离；c表示AB的长度，即标识卡到另一个RF信号发射器的距离；h表示A到BC的垂直距离；式中，a为安装液压支架及RF信号发射器时确定的值，b、c通过两个发射信号与接收信号的时间差与信号传输速度相乘获得；通过上述计算公式得出的h值；记A点与BC的垂线在BC上的交点为D，通过h以及b、c分别计算出CD和BD的长度。

4.根据权利要求2所述的基于RFID的煤矿人员定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，TDOA定位原理为：利用多个基站接收到信号的时间差来确定移动目标的位置；

假设标识卡接收到第i个RF信号发射器发出的低频RF信号的时刻为t_i，且假设标识卡到第i个RF信号发射器的距离为r_i；

在RF信号发射器完全同步的情况下，得出标识卡相对于四组RF信号发射器的距离差分别为：

d_i12＝r₁-r₂＝(t₁-t₂)×c

d_i23＝r₂-r₃＝(t₂-t₃)×c

d_i34＝r₃-r₄＝(t₃-t₄)×c

d_i14＝r₁-r₄＝(t₁-t₄)×c

d_i12～d_i14为标识卡相对于四组RF信号发射器的距离差，c为信号传输速度；

做出以RF信号发射器为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是标识卡的位置；

假设空间布有N个基站，同时利用多个TDOA测量值构成关于标签位置的双曲线方程组，求解此方程组即得到标签坐标：

d_i,12、d_i,23、d_i,34分别表示第一和第二个RF信号发射器、第二和第三个RF信号发射器、第三和第四个RF信号发射器、第四和第一个RF信号发射器的距离差；(x_i，y_i,z_i)表示标识卡的坐标，(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)、(x₅,y₄,z₄)分别表示第一、二、三、四个RF信号发射器的坐标。