本发明专利技术公开了一种UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，煤矿监控分站包括主微控制器、UWB射频模块、RFID射频模块、光电通信模块、液晶显示模块、存储模块、本安电源模块；UWB射频模块采用2片UWB芯片，所述UWB射频模块、RFID射频模块、光电通信模块、液晶显示模块、存储模块分别与主微控制器通信连接；UWB射频模块的2个UWB芯片分别与位于监控分站左右两侧的矿用阻燃射频同轴电缆连接，然后连接增益为10dBi的全向天线；煤矿监控分站定位方法，包括区域定位和精确定位。本发明专利技术实现定位技术的多源融合，同时满足低精度定位和高精度定位，精准定位和区域定位在同一系统中同时实现。现。现。
【技术实现步骤摘要】
UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法
[0001]本专利技术涉及一种UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，属于电子通信检测设备
技术介绍
[0002]目前，矿山物联网技术在智慧矿山建设中得到不断发展，对于煤矿井下作业人员、机电设备、交通运输工具等目标的实时状态监测、大数据采集、应急联动等各种信息的需求日益剧增。在完成煤矿安全监控系统升级改造任务以后，煤矿井下人员定位系统也即将面临一次重大的技术升级改造。未来煤矿安全生产势必朝着智能化、集成化、信息化的方向迈进，监控系统要采用先进的传感器，巡检周期要缩短，控制功能要增多，大数据分析能力要增强、特别是要求做到与井下人员定位系统的井下融合以及应急联动。
[0003]为了解决现有的煤矿中的基于RFID、Zigbee、WiFi和蓝牙等无线通信技术的人员定位系统只能进行区域定位，定位精度差的技术问题，本专利技术提出了一种基于超宽带(UWB)无线载波通信技术与射频识别(RFID)技术相结合的多源融合煤矿人员精准定位技术方案。井下人员定位系统分站的精准定位部分采用飞行时间法(TOF)的双向测距技术，通过测量UWB无线信号在定位分站与识别卡(标签)之间往返的飞行时间来计算距离，区域定位部分采用RFID技术，通过计算识别卡信号发射场强的强弱，来判断识别卡的位置，以实现井下人员重要场所的精准定位和非重要场所的区域定位。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，以实现井下人员重要场所的精准定位和非重要场所的低精度区域定位。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，煤矿监控分站包括主微控制器、UWB射频模块、RFID射频模块、光电通信模块、液晶显示模块、存储模块、本安电源模块；UWB射频模块采用2片UWB芯片，所述UWB射频模块、RFID射频模块、光电通信模块、液晶显示模块、存储模块分别与主微控制器通信连接，所述本安电源模块为主微控制器供电，主微控制器通过光电通信模块与上位机通信；UWB射频模块的2个UWB芯片分别与位于监控分站左右两侧的矿用阻燃射频同轴电缆连接，矿用阻燃射频同轴电缆顶端连接增益为10dBi的全向天线；
[0007]UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，包括区域定位和精确定位；
[0008]所述区域定位方法为：RFID射频模块发出无线载波信号，其发射功率范围为
‑
50～
‑
10dBm，无线载波信号到达人员携带的标识卡位置，标识卡天线切割磁感线产生脉冲电流，如果信号强度低于
‑
90dBm不足以激活标识卡芯片，则识别不到标识卡；如果信号强度高于
‑
90dBm，则激活标识卡芯片，并返回一个脉冲电流给标识卡的天线，天线将回答信号发出，其发射功率范围是
‑
60～
‑
20dBm，传播至煤矿监控分站天线，天线转化成脉冲电流给
RFID射频模块，获得标识卡的回传信号；如果能收到标识卡回传信号，则判定标识卡位置是在RFID射频模块方圆10米以内，如果不能收到标识卡回传信号，则判定标识卡位置是在RFID射频模块方圆10米以外；
[0009]所述精确定位方法为：
[0010]与2个UWB射频模块分别相连的1号天线与2号天线相距距离为s，1号天线是判定识别卡方向而设定的，2号天线是测量距离而设定的；
[0011]识别卡在t1时刻发出UWB无线载波信号；天线在t2时刻接收到载波信号，经UWB射频模块确认完数据后，在t3时刻回传载波信号；识别卡在t4时刻接收到载波信号，处理完分站的回传信号后，在t5时刻再次发送载波信号；分站天线在t6时刻接收到载波信号，识别卡和分站完成1次信号交互往返的时间为t6
‑
t1，其中，t3
‑
t2为分站处理信号的反应时间，t5
‑
t4为识别卡处理信号的反应时间；
[0012]识别卡与煤矿监控分站天线的距离d计算公式为：
[0013]d＝c*[(t6
‑
t1)
‑
(t3
‑
t2)
‑
(t5
‑
t4)]/3(1)
[0014]式(1)中：c＝3
×
108m/s，为无线电信号传播速度；
[0015]检测得到人员携带的识别卡与煤矿监控分站的1号天线、2号天线的距离分别为d1和d2；
[0016]识别卡相对于煤矿监控分站的方向判定原则如下：
①
当d1>s且d1>d2时，识别卡在监控分站的右边，距离为d2；
②
当d2>s且d1<d2时，识别卡在监控分站的左边，距离为d2；
③
当d1<s且d2<s时，识别卡在煤矿监控分站的两根天线中间，距离为d2。
[0017]本专利技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
[0018]前述UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，其中煤矿监控分站，主微控制器采用STM32系列F4处理器；所述UWB射频模块采用DecaWave公司的DW1000无线收发芯片，RFID射频模块采用TI公司的CC2500芯片，存储模块采用W25Q256JVEIQ存储器，液晶显示模块采用19264LCD液晶屏模组。
[0019]前述UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，其中煤矿监控分站中，矿用阻燃射频同轴电缆采用MSYV
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50
‑
7规格的煤矿用阻燃同轴电缆。
[0020]前述UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，所述识别卡，包括KJ1692
‑
K标识卡及KJ106
‑
K标识卡，KJ1692
‑
K标识卡识别UWB无线载波信号，KJ106
‑
K标识卡识别RFID信号。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：实现定位技术的多源融合，满足低精度定位和厘米级高精度定位的需要，符合用户的不同需求，精准定位和区域定位在同一系统中同时实现，降低用户的使用成本。抗电磁干扰度达到3级以上；精确定位的静态误差是0.3米，动态误差是7.3米，最大定位距离超过400米；区域定位的范围是50米以内，静态误差是3米。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的精确定位煤矿监控分站功能结构图；
[0023]图2是精确定位煤矿监控分站总装图；
[0024]图3是双向双程测距技术示例图；
[0025]图4是UWB技术方向判定示例图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，其特征在于，煤矿监控分站包括主微控制器、UWB射频模块、RFID射频模块、光电通信模块、液晶显示模块、存储模块、本安电源模块；UWB射频模块采用2片UWB芯片，所述UWB射频模块、RFID射频模块、光电通信模块、液晶显示模块、存储模块分别与主微控制器通信连接，所述本安电源模块为主微控制器供电，主微控制器通过光电通信模块与上位机通信；UWB射频模块的2个UWB芯片分别与位于监控分站左右两侧的矿用阻燃射频同轴电缆连接，矿用阻燃射频同轴电缆顶端连接增益为10dBi的全向天线；UWB和RFID多源融合精确定位煤矿监控分站定位方法，包括区域定位和精确定位；所述区域定位方法为：RFID射频模块发出无线载波信号，其发射功率范围为
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50～
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10dBm，无线载波信号到达人员携带的标识卡位置，标识卡天线切割磁感线产生脉冲电流，如果信号强度低于
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90dBm不足以激活标识卡芯片，则识别不到标识卡；如果信号强度高于
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90dBm，则激活标识卡芯片，并返回一个脉冲电流给标识卡的天线，天线将回答信号发出，其发射功率范围是
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60～
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20dBm，传播至煤矿监控分站天线，天线转化成脉冲电流给RFID射频模块，获得标识卡的回传信号；如果能收到标识卡回传信号，则判定标识卡位置是在RFID射频模块方圆10米以内，如果不能收到标识卡回传信号，则判定标识卡位置是在RFID射频模块方圆10米以外；所述精确定位方法为：与2个UWB射频模块分别相连的1号天线与2号天线相距距离为s，1号天线是判定识别卡方向而设定的，2号天线是测量距离而设定的；识别卡在t1时刻发出UWB无线载波信号；天线在t2时刻接收到载波信号，经UWB射频模块确认完数据后，在t3时刻回传载波信号；识别卡在t4时刻接收到载波信号，处理完分站的回传信号后，在t5时刻再次发送载波信号；分站天线在t6时刻接收到载波信号，识别卡和分站完成1次信号交互往返的时间为t6
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t1，其中，t3
‑<...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡峰平，陈代伟，钱正峰，李琦，
申请(专利权)人：镇江中煤电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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