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专利号: 202111156407X
申请人: 中煤科工开采研究院有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种井工煤矿下的协同定位方法,其特征在于,包括:移动端自身搭载有定位装置,通过定位装置计算此刻移动端的第一位置;

位于井下的固定端向外广播其位置信息与发射信号的时间信息;

移动端接收固定端的信号,计算此刻移动端的第二位置;

根据定位装置自身的偏差分布和第二位置,对第一位置进行修正,得到移动端的最优估计位置。

2.根据权利要求1所述的一种井工煤矿下的协同定位方法,其特征在于:所述定位装置为陀螺仪,以1kHz以上频率测量三轴加速度,接收和解调所述固定端发射的信息。

3.根据权利要求1所述的一种井工煤矿下的协同定位方法,其特征在于:所述固定端的数量至少为4个,发射频率范围为3.1~10.6GHz。

4.根据权利要求2所述的一种井工煤矿下的协同定位方法,其特征在于:所述通过定位装置计算此刻移动端的第一位置,包括:在矿井入口附近任意设置一个已知坐标的标记点,在标记点处将陀螺仪数据置为0,作为本次运动轨迹测量的初始位置;

陀螺仪按照设置的采样频率,采集三轴加速度信号;

对三轴加速度信号进行积分计算,获得移动端在三个方向上的累计位移量,得到移动端的实时的第一位置。

5.根据权利要求3所述的一种井工煤矿下的协同定位方法,其特征在于:所述移动端接收固定端的信号,计算此刻移动端的第二位置,包括:移动端记录最快捕获的4个固定端信号的接收时间;

根据电磁波传播速度与时间差,计算移动端在收到信号时刻与最近的4个固定端的距离;

根据距离计算移动端此刻的第二位置。

6.根据权利要求1所述的一种井工煤矿下的协同定位方法,其特征在于:根据定位装置自身的偏差分布和第二位置,对第一位置进行修正,得到移动端的最优估计位置,包括:对陀螺仪进行100次以上的测距实验,记录计算得到的第一位置数据,并将其与实际位置数据求差值,即陀螺仪测距法的测量噪声;假设该噪声服从高斯分布,根据统计方法求得该噪声的协方差矩阵Q;

对固定端进行100次以上的测距实验,记录计算得到的第二位置数据,并将其与实际位置数据求差值,即固定端测距法的测量噪声;假设该噪声服从高斯分布,利用统计方法求得该噪声的协方差矩阵R;

初始化一个协方差矩阵P,初始化一个移动端初始位置S,P和S最初均为零矩阵,从下一步开始循环;

按陀螺仪测距法计算本次循环中移动端的第一位置 ;

计算本次循环中陀螺仪测距法的预测位置与真实位置之间的协方差矩阵 ;

计算本次循环中的偏差增益 ;

按固定端测距法固定端测距法计算本次循环中的移动端的第二位置 ;

利用偏差增益和固定端测距法测得的第二位置信息,修正陀螺仪测距法测得的第一位置信息,得到对本次循环中移动端位置的最优估计值 ,得到修正后的当前移动端的最优估计位置;

计算对移动端位置的最优估计值与真实位置之间误差的协方差矩阵 ,作为下一次循环的初始参数;

结束本次循环,返回按陀螺仪测距法计算本次循环中移动端的第一位置 开始下一次循环。

7.一种井工煤矿下的协同定位装置,其特征在于,包括移动端和固定端,固定端位于井下,用于向外广播其位置信息与发射信号的时间信息;

移动端包括陀螺仪、信号接收器和微型计算机,陀螺仪用于计算得到此刻移动端的第一位置;

信号接收器用于接收固定端的信号;

微型计算机用于根据固定端的信号,计算此刻移动端的第二位置以及根据陀螺仪自身的偏差分布和第二位置,对第一位置进行修正,得到移动端的最优估计位置。

8.根据权利要求7所述的一种井工煤矿下的协同定位装置,其特征在于,当所述计算机根据陀螺仪自身的偏差分布和第二位置,对第一位置进行修正,得到移动端的最优估计位置时,所述微型计算机执行以下程序:对陀螺仪进行100次以上的测距实验,记录计算得到的第一位置数据,并将其与实际位置数据求差值,即陀螺仪测距法的测量噪声;假设该噪声服从高斯分布,根据统计方法求得该噪声的协方差矩阵Q;

对固定端进行100次以上的测距实验,记录计算得到的第二位置数据,并将其与实际位置数据求差值,即固定端测距法的测量噪声;假设该噪声服从高斯分布,利用统计方法求得该噪声的协方差矩阵R;

初始化一个协方差矩阵P,初始化一个移动端初始位置S,P和S最初均为零矩阵,从下一步开始循环;

按陀螺仪测距法计算本次循环中移动端的第一位置 ;

计算本次循环中陀螺仪测距法的预测位置与真实位置之间的协方差矩阵 ;

计算本次循环中的偏差增益 ;

按固定端测距法固定端测距法计算本次循环中的移动端的第二位置 ;

利用偏差增益和固定端测距法测得的第二位置信息,修正陀螺仪测距法测得的第一位置信息,得到对本次循环中移动端位置的最优估计值 ,得到修正后的当前移动端的最优估计位置;

计算对移动端位置的最优估计值与真实位置之间误差的协方差矩阵 ,作为下一次循环的初始参数;

结束本次循环,返回按陀螺仪测距法计算本次循环中移动端的第一位置 开始下一次循环。

9.根据权利要求8所述的一种井工煤矿下的协同定位装置,其特征在于,所述微型计算机为工控机。