井下无轨设备移动定位系统关键技术研究

摘要

随着地表矿产被大量开采，采矿工业不断向地下深层发展。由于井下工作环境恶劣，不仅会对工作人员产生人身危害，而且使井下无轨设备驾驶人员判断力和执行力受到严重干扰，导致车祸事故时有发生，同时生产效率也受到影响，井下无轨设备工作安全性问题成为限制采矿工业发展的一大重要因素。
　　为解决井下无轨设备安全工作问题，本文设计了基于SDS-TWR算法的CSS定位系统对移动中的无轨设备与工作人员和其他设备之间的距离进行实时定位，并向驾驶人员反馈距离状态信息。
　　首先，本文结合井下工作环境特殊性以及无轨设备在井下工作特点，对系统的功能需求和性能指标进行了分析，在此基础上对比常用的Wi-Fi、RFID、ZigBee、UWB、CSS等定位技术的现状、特点、应用范围，并分别从经济性、可靠性、定位精度及井下环境适用性等方面作比较，提出了适合与井下环境的CSS定位技术，并在德国Nanotron公司的nanoPAN5375射频模块的基础上设计了CSS定位系统的硬件设施。
　　其次，本文对井下环境中影响定位效果的因素进行了分析，针对井下环境中出现的测距正值误差问题提出了扩展的卡尔曼滤波方法对其进行修正，提高定位精度，对定位过程中出现的测距丢包现象提出了分段最小二乘法插值算法，提高定位系统实时稳定性。
　　最后，在Qt平台下编写了上位机软件对定位数据进行处理分析，向驾驶人员实时反馈无轨设备距离状态监控信息。并分别在理想环境和模拟井下巷道环境中对系统进行了测试，将测试结果用Matlab绘图分析，验证了井下无轨设备移动定位系统能适用于井下对移动节点的实时定位，精度满足需求。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 井下定位系统国内外研究现状

1.3 论文研究主要内容安排

第二章 井下移动定位系统整体架构设计

2.1 井下无轨设备移动定位系统功能需求

2.2 无线定位方法的研究选用

2.3 系统整体架构设计

2.4 本章小结

第三章 CSS技术原理及测距定位系统硬件设计

3.1 CSS技术基本原理研究

3.2 测距定位系统硬件设计

3.3 本章小结

第四章 CSS技术协议栈及测距定位系统软件实现

4.1 CSS技术协议栈

4.2 测距定位系统下位机软件设计

4.3 本章小结

第五章 测距定位系统性能测试及分析

5.1 测距定位系统性能测试

5.2 基于最小二乘拟合方法预测插值

5.3 算法编程实现

5.4 本章小结

第六章 井下环境测距定位误差分析及措施

6.1 井下环境影响因素

6.2 井下巷道环境模拟测距实验及分析

6.3 基于卡尔曼滤波算法处理正值误差

6.4 无轨设备距离状态监测系统设计实现

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 工作总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附录