地下掃描衛星高精度跟蹤定位方法及關鍵技術研究

《地下掃描衛星高精度跟蹤定位方法及關鍵技術研究》是依託中國礦業大學，由劉萬里擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地下掃描衛星高精度跟蹤定位方法及關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉萬里
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

高精度跟蹤定位技術是實現地下無人採掘的前提和基礎，但目前煤礦井下現有跟蹤定位方法的精度都不高，尤其不適合採掘作業空間中採掘裝備的高精度跟蹤定位要求。因此，如何提高採掘作業空間中採掘裝備的跟蹤定位精度是地下無人採掘所面臨的一個亟待解決的關鍵科學問題。本項目提出一種基於GPS定位理念和雷射掃描技術相融合的新型精確定位方法-地下掃描衛星定位法，並在此理論基礎上，研究地下掃描衛星在無GPS信號的採掘作業空間中對採掘裝備高精度跟蹤定位關鍵技術。包括：（1）地下掃描衛星自動精確獲取被測目標空間角度信息原理與實現方法；（2）複雜條件下地下掃描衛星自適應快速跟蹤定位算法；（3）約束空間中地下掃描衛星定位系統動態誤差的傳遞規律及智慧型化補償的有效方法。實現對採掘裝備的實時跟蹤和高精度定位，研究成果為地下無人採掘提供新的定位方法和技術支持，在採礦冶金、地下交通、隧道工程等領域具有具有積極的套用價值和廣闊的套用前景。

結題摘要

實現無人化採掘是國際煤炭開採領域共同追求的前沿技術，也是解決我國煤礦安全、高效、綠色開採問題的技術跨越，而高精度跟蹤定位技術實現無人化採掘的前提和基礎。為此，本項目提出一種基於GPS定位理念和雷射掃描技術相融合的新型精確定位方法—地下掃描衛星定位法，圍繞地下掃描衛星在無GPS信號的採掘作業空間中對採掘裝備高精度跟蹤定位理論與方法展開研究，完成了任務書中規定的要求，實現了預期研究目標，取得了一系列研究成果。 ①提出了地下掃描衛星自動精確獲取被測目標位置信息基本理論，建立了基於雙衛星基站來精確計算接收器位置的數學模型；從井下環境以及不同基站區分的角度，建立了基站轉台上發射出的扇面雷射的水平偏轉角度θ與垂直偏轉角度α之間關係；利用時間信號規律準確判斷出不同基站與不同扇面雷射特徵；依據地下工作環境的實際工況給出了衛星基站的最優布置方法。 ②分析了地下掃描衛星高精度跟蹤定位理論，給出了地下掃描衛星系統的整體技術方案，並研製了地下掃描衛星硬體系統，包括：衛星基站θ與α角度的實現，衛星基站的電氣控制，零位信號的發射裝置；接收器以及接收電路；軟體系統包括接收器接收信號程式以及坐標計算的算法；最後推導出了地下掃描衛星自適應跟蹤定位算法。 ③對研製的地下掃描衛星系統進行了大量的試驗研究及誤差補償，試驗結果表明地下掃描衛星系統的三維定位精度為0.017863m/m；分析了衛星基站的安裝誤差及接收器尺寸大小對定位精度的影響並對其進行了誤差補償，補償後的三維定位精度達到0.013173m/m；針對衛星基站轉台的傾斜度影響的問題，建立利用水平尺測量近似傾斜程度的理論模型。 以上研究成果可為地下無人採掘提供新的定位方法和技術支持，在採礦冶金、地下交通、隧道工程等領域具有積極的套用價值和廣闊的套用前景。