基于改进卡尔曼滤波和参数拟合的矿井TOA定位方法

来源期刊：煤炭学报2019年第5期

论文作者：邵小强 李康乐 陈熙 吕植超 马宪民 王征

文章页码：1616 - 1624

关键词：矿井定位;卡尔曼滤波;NLOS;参数拟合;TOA;应急救援;

摘    要：针对矿井TOA（Time of Arrival）定位精度易受电磁波NLOS（Non Line of Sight）传播时延的影响,且不能满足井下应急救援、人员作业管理以及矿井物联网建设等需求的问题,通过对NLOS时延参考模型和矿井巷道设备运动特点的分析,将巷道电磁波NLOS传播时延分为随机NLOS时延和固定NLOS时延,结合两类NLOS时延造成测距误差的特点,提出了基于改进卡尔曼滤波和参数拟合的矿井TOA定位方法。为了消除由矿井巷道中机车等移动设备以及不规律设置设备引起的、具有随机性和难以定量分析等特点的巷道随机NLOS时延误差,设计了将新息阈值引入卡尔曼滤波器中,提高其系统对脉冲误差的滤除能力的方法;为了抑制由矿井巷道中固定设施及设备造成的具有稳定性的巷道固定NLOS时延误差,建立了巷道测距误差模型,构建了井下固有设备参数与定位估计值间的函数关系,通过参数拟合与投影几何算法来提高系统的定位精度。仿真结果显示,测量数据经过基于新息阈值的卡尔曼滤波器处理之后,误差曲线趋于平稳,定位误差保持在1.9～3.1 m,再经参数拟合和几何算法处理后,定位误差在0～0.8 m,平均误差由2.4 m降为0.3 m;且相比于SDSTWR（Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging）方法、卡尔曼滤波和指纹定位方法以及卡尔曼滤波和参数拟合方法,所提方法平均定位误差分别减小了3.4,0.4和0.6 m。从而表明所提方法对TOA定位误差具有较明显的抑制作用,可以实现TOA方法在矿井NLOS环境中的有效应用。