[发明专利]一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统及定位方法

权利要求书

1.一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统，其特征在于，包括以下模块：

监控模块，用于定位信息的接收、显示、管理、调度，包括监控主机、上位机软件；

传输模块，用于各模块之间信息的传输、处理，包括本质安全型交换机、本质安全型矿用以太网、本质安全型总线；

定位模块，用于煤矿井下人员定位，采用定向天线、利用RSS方法和TOA方法检测、生成并输出包括煤矿井下工作人员身份信息在内的定位信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统，其特征在于，所述定位模块进一步包括本质安全型人员定位读卡器和本质安全型人员定位识别卡，采用定向天线、利用RSS方法和TOA方法进行煤矿井下人员定位；

所述本质安全型人员定位读卡器，设置于煤矿井下巷道中，作为人员定位检测的锚节点，检测人员及本质安全型人员定位识别卡所在位置、生成并输出包括煤矿井下工作人员身份信息在内的定位信息；进一步包括电源、信号收发器、定向天线、计时器、运算处理器、存储器、本质安全型防爆装置；所述定向天线，对巷道远端即远离井口方向进行信号覆盖；

所述本质安全型人员定位识别卡由煤矿井下工作人员携带，作为人员定位检测的目标节点，存储有所属人员的身份信息；进一步包括电源、信号收发器、全向天线、计时器、运算处理器、存储器、本质安全型防爆装置；

所述本质安全型人员定位读卡器和本质安全型人员定位识别卡的信号收发器，均具有信号发射、接收功率识别和记录功能，所述计时器具有计时和时间记录功能，进行信号收发时刻、时间的计量和记录。

3.根据权利要求2所述的一种基于RSS和TOA互补的煤矿井下人员定位系统，其特征在于，所述定位模块采用定向天线、利用RSS方法和TOA方法进行煤矿井下人员定位，进一步包括以下步骤：

步骤一：所述本质安全型识别卡按照一定的时间间隔T发送送检信号，T单位为秒-s，送检信号中含有卡内存储的煤矿井下工作人员身份信息和信号发射功率值W₁，单位为毫瓦-mw；

步骤二：所述本质安全型人员定位读卡器接收到送检信号，检测送检信号到达功率W₂，单位为毫瓦-mw：

步骤三：所述本质安全型人员定位读卡器按照公式进行计算，其中r为基于RSS的所述本质安全型人员定位识别卡与所述本质安全型人员定位读卡器距离的测量值，单位为米-m，lg表示以10为底的对数，f为送检信号的频率，单位为兆赫兹-MHz，G_i、G_r分别为所述本质安全型人员定位识别卡全向天线、所述本质安全型人员定位读卡器定向天线的增益，单位为dBi；若r＜5m，则判定所述本质安全型人员定位识别卡与所述本质安全型人员定位读卡器距离为r；若r≥5m，进行进一步的TOA检测；

步骤四：r≥5m时，进行抑制TOA误差的TOA检测：建立所述本质安全型人员定位识别卡与所述本质安全型人员定位读卡器之间的连接；所述本质安全型读卡器发出TOA检测信号，同时计时器开始计时，开始记录时间值t₁，单位为秒-s；本质安全型人员定位识别卡接收到TOA检测信号，建立与所述本质安全型人员定位读卡器的连接，开始计时，生成应答信号S₁，待计时达到设定时延Δt后将应答信号S₁发出，结束计时，并开始记录另一个时间值t₂，单位为秒-s；Δt为一个设定值，单位为秒-s；所述本质安全型人员定位读卡器收到应答信号S₁，结束时间值t₁计时，记录时间值并再次开始计时，待计时达到与所述本质安全型人员定位识别卡相同的设定时延Δt，发出回复应答信号S′₁；所述本质安全型人员定位识别卡接收到回复应答信号S′₁，结束时间值t₂的计时，记录时间值t₂；所述本质安全型人员定位识别卡将时间值t₂发送至所述本质安全型人员定位读卡器并断开与所述本质安全型人员定位读卡器的连接；所述本质安全型人员定位读卡器接收到时间值t₂后，根据收到的数据，按照公式进行计算，得到所述本质安全型人员定位识别卡与所述本质安全型人员定位读卡器的距离r_TOA，单位为米-m；

步骤五：所述本质安全型人员定位读卡器根据所述本质安全型人员定位识别卡与所述本质安全型人员定位读卡器的距离r或r_TOA，定向天线覆盖信号方向，生成包含有煤矿井下工作人员身份信息的定位信息并输出。