礦井組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.pdf

1、煤礦地質(zhì)構(gòu)造特殊,礦井巷道錯(cuò)綜復(fù)雜,部分延伸長達(dá)數(shù)十公里,一旦發(fā)生礦難,工作人員和搜救人員均難以準(zhǔn)確定位并找到合適的路線,所以設(shè)計(jì)一種安全可靠的礦井導(dǎo)航定位設(shè)備極其迫切。目前,井下定位主要依靠無線方式,主流技術(shù)方案有AOA(angle of arrival)、RSSI(received signal strength indicator)和TOA(time of arrival)。但這些方案具有的共同特點(diǎn)是定位精度較低,尤其是工作時(shí)需全

2、程接收外部信息,自主性差,這給實(shí)際應(yīng)用留下了巨大隱患。
　　本文首先分析了礦井導(dǎo)航方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并對現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)所存在的主要問題進(jìn)行了闡述,重點(diǎn)對捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)誤差累計(jì)問題和無線定位可靠性問題進(jìn)行了研究與論證。針對上述導(dǎo)航系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)

3、修正技術(shù)的礦井組合導(dǎo)航系統(tǒng),利用RFID標(biāo)簽存儲的實(shí)際地理位置信息和SINS誤差方程,結(jié)合卡爾曼濾波技術(shù)(Kalman filter,KF)估計(jì)并補(bǔ)償SINS存在的陀螺漂移和加速度計(jì)零偏,用以解決SINS誤差累計(jì)的缺點(diǎn)。同時(shí),針對算法難于驗(yàn)證的問題,從工程實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā),提出了組合導(dǎo)航軌跡發(fā)生器的算法,產(chǎn)生慣性測量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)輸出數(shù)據(jù)、速度及位置軌跡數(shù)據(jù)。利用IMU輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航解

4、算,再將解算結(jié)果與軌跡發(fā)生器實(shí)際產(chǎn)生的速度、位置數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,測試結(jié)果表明SINS累計(jì)誤差得到有效修正。但是,實(shí)際使用時(shí),修正點(diǎn)間隔距離、射頻標(biāo)簽間隔還有待進(jìn)一步研究。
　　礦井組合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件平臺采用“雙 DSP”架構(gòu),分別選用TI公司的TMS320F28335和TMS320F6748作為核心處理器,其中TMS320F28335負(fù)責(zé)陀螺儀、加速度計(jì)、溫度及射頻數(shù)據(jù)的采集,并且該DSP還負(fù)責(zé)慣性傳感器的溫度補(bǔ)償及射頻數(shù)據(jù)的解碼工作