礦井組合導航系統(tǒng)的設計與應用.pdf

1、煤礦地質構造特殊,礦井巷道錯綜復雜,部分延伸長達數(shù)十公里,一旦發(fā)生礦難,工作人員和搜救人員均難以準確定位并找到合適的路線,所以設計一種安全可靠的礦井導航定位設備極其迫切。目前,井下定位主要依靠無線方式,主流技術方案有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是定位精度較低,尤其是工作時需全

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

3、修正技術的礦井組合導航系統(tǒng),利用RFID標簽存儲的實際地理位置信息和SINS誤差方程,結合卡爾曼濾波技術(Kalman filter,KF)估計并補償SINS存在的陀螺漂移和加速度計零偏,用以解決SINS誤差累計的缺點。同時,針對算法難于驗證的問題,從工程實現(xiàn)的角度出發(fā),提出了組合導航軌跡發(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)進行導航解

4、算,再將解算結果與軌跡發(fā)生器實際產(chǎn)生的速度、位置數(shù)據(jù)進行對比,測試結果表明SINS累計誤差得到有效修正。但是,實際使用時,修正點間隔距離、射頻標簽間隔還有待進一步研究。
　　礦井組合導航系統(tǒng)硬件平臺采用“雙 DSP”架構,分別選用TI公司的TMS320F28335和TMS320F6748作為核心處理器,其中TMS320F28335負責陀螺儀、加速度計、溫度及射頻數(shù)據(jù)的采集,并且該DSP還負責慣性傳感器的溫度補償及射頻數(shù)據(jù)的解碼工作