基于相位差测距的井下无源动目标定位技术研究

• 作 者: 杨悦
• 出 处: 中国矿业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 煤矿井下 无源动目标定位 相位差测距 谐波反向散射 掘进机位姿识别

随着智能化装备和物联网技术的发展,矿山安全生产过程逐渐趋向无人、少人化,井下动目标定位的精确性、实时性和可靠性,对煤矿井下安全生产管理、机器协同工作及智能化无人生产都具有重要意义。而井下巷道定位环境复杂,存在密集多径干扰现象,导致定位精度较差。因此,本文在分析现有抗干扰和定位方法的基础上,建立无源谐波反向散射抗干扰模型,提出了一种基于相位差测距的井下无源动目标定位技术。首先,分析了煤矿井下复杂的定位环境及其导致的密集多径现象,研究了现有的零陷矩阵抗干扰技术的局限性。为了解决井下电磁波频繁反射和散射造成的密集多径和大相位误差问题,提出了一种基于无源谐波反向散射的井下抗多径干扰模型,采用谐波标签生成可利用的谐波信号,通过上、下行链路的频率分集,抑制矿井密集多径干扰,实验仿真与对比表明,无源谐波反向散射标签具有较好的抗干扰能力。其次,针对传统多频连续波相位差测距算法存在的定位精度较低、频率选取受限等缺点,提出连贯发射宽带多频连续波(Coherent Sending broadband Multifrequency Continuous Wave,CSMCW)相位差测距算法。为了最大化相位误差的容忍度,利用遗传算法产生适用于井下的最优频率组合;通过连贯发射多频连续波和有约束的最小均方误差方法解决距离模糊问题,来实现大相位误差条件下的测距、定位和识别。通过实验仿真与对比验证了CSMCW相位差测距算法的可行性。仿真结果表明,与二次相差测距算法、参差频差测距算法相比,基于谐波反向散射抗干扰模型的CSMCW相位差测距算法具有更强的鲁棒性,在低信噪比条件下定位测距可达到厘米级的分辨率,可以实现井下动目标的高精度定位。最后,以掘进机位姿识别为例,研究井下无源动目标定位技术的应用效果。利用基于谐波反向散射的CSMCW相位差测距算法进行掘进机位姿识别。仿真结果表明,上述算法保证了较好的掘进机位姿姿态角识别效果,能够满足未来井下动目标定位的应用要求。该论文有图36幅,表5个,参考文献82篇。