【摘 要】
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煤矿复杂作业环境下人机物的实时定位是确保安全生产以及实现煤矿事故应急救援的必要前提。传统的井下有源定位技术依赖目标携带的标签等定位设备,事故发生后,由于人员携带的
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煤矿复杂作业环境下人机物的实时定位是确保安全生产以及实现煤矿事故应急救援的必要前提。传统的井下有源定位技术依赖目标携带的标签等定位设备,事故发生后,由于人员携带的标签设备毁坏或者丢失导致定位算法失效,而现有无标签目标定位方法由于井下密集多径的影响导致效果较差。针对以上问题,本文提出一种空间和频率分集联合的井下无标签目标定位方法。首先,本文概述了无标签目标定位的研究背景、意义和国内外研究现状,介绍了基于接收信号强度和基于距离参数信息的两种主流定位算法,分析了它们在井下环境定位过程中存在的问题,分析了基于傅里叶变换的定位算法。其次,提出了以无源宽带谐波标签为核心的定位系统,重点研究了系统存在的直达波和多径干扰问题。针对直达波和上行链路多径,证明其功率要远大于目标回波信号,并采用基于最小范数的空域零陷算法进行抑制处理;针对下行链路多径引起的标签初始相位失真问题,提出一种差分接收算法,通过做除运算避免了标签初始相位的有关计算,并在离线阶段确定比值,解决了相位失真问题。通过仿真,证明了所提算法对干扰抑制的有效性。最后,提出一种空间和频率分集联合的定位算法,将无标签目标定位问题转换成目标散射函数在傅里叶域的采样问题,并将每组标签和接收机看成一个采样通道。针对传统方法采样点数目少,难以有效填充空间谱的问题,利用谐波标签的频率多样性以及标签和接收机的空间多样性,增加采样资源。通过分集联合的方式有效提升空间谱填充范围和密集度。在离散化区域进行匹配搜索,并融合各分布式通道结果实现准确定位。通过仿真验证了分集联合的有效性,低信噪比条件下该算法定位精度能够达到分米级,优于现有算法,满足矿井复杂环境下目标定位需求。该论文有图27幅,表1个,参考文献80篇。
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