煤礦工作面動目標精確定位關鍵技術研究

《煤礦工作面動目標精確定位關鍵技術研究》是依託中國礦業大學，由胡青松擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：煤礦工作面動目標精確定位關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡青松
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

煤礦工作面以及工作面中部署的設備會隨著生產的進行而不斷推進，使得基於錨節點的定位方法失效。同時，工作面物理通信空間時刻變化的特性使得傳統的定位算法效果不佳。本項目採用無線感測器構成定位網路，讓網路隨著設備的移動而移動，解決工作空間不斷移動的難題。系統可以根據需要，決定是否對WSN網路進行自定位。定位節點上配備智慧型天線，讓其通過並行的小生境搜尋算法搜尋目標節點信號，估計目標信號的到達角度。研究基於預警轉換、漂移補償和時鐘校準的精確時間估計與同步技術，以及節點故障下的自修復技術，為定位網路提供精確的時延。在子空間分解更新技術的基礎上，採用基於鎖角環路的自適應DOA跟蹤算法和精確的時間估計技術(或AOA)對工作面區域內的目標進行實時定位追蹤。

結題摘要

本項目的目標是解決煤礦工作面動態推進、通信空間時變場景下的動目標精確定位難題。項目圍繞煤礦巷道自適應DOA估計方法、高精度時間估計與同步方法、煤礦工作面精確定位方法展開，完滿完成了研究任務，實現了預期研究目標，取得了一系列原創性成果。 在煤礦巷道自適應DOA估計方法方面，針對井下多徑環境形成的相干信源對DOA估計的影響，提出了前後向平滑的相關信號DOA估計方法，以及基於Toeplitz算法的解相干DOA 估計方法，它們比單純的前向平滑具有更好的DOA分辨力，解決了在礦井目標定位中DOA估計性能將受到嚴重影響、甚至無法分辨出波達方向的難題。 在高精度時間估計與同步方法方面，明確了工作面定位WSN的時間同步影響因素，提出了一種按需分層的時間同步算法和一種廣播參考訊息定時同步算法，它們都是層次性的時間同步協定，對煤礦巷道環境具有很好的適應能力，同步精度高，解決了煤礦工作面TOA或TDOA難以精確同步時鐘的難題。 在煤礦工作面精確定位方法方面，創新性的提出了煤礦巷道環境的移動信標輔助定位機制和方法、基於證人節點的目標定位、基於雙標籤的目標定位、基於可見光通信技術的目標定位等方法，它們分別適用於定位信標稀疏或災後場景、已經部署有一定物聯網感知節點的場景。這些方法新穎的定位思路，為提高定位精度開闢了新的路徑。 在研究成果方面，出版學術專著1部；發表學術論文12篇，其中SCI檢索2篇，EI檢索6篇；申請發明專利7項；研發成功礦井定位演示系統，可在統一的三維工作面模型中全面展示研究成果；研發成功礦井定位實物系統，並經過權威檢測機構的性能檢測。這些成果不但可以輔助確定支架支撐強度、割煤高度和深度，以便對生產過程進行調度監控；而且可在發生礦難之時準確確定受困礦工位置，以便快速制定營救方案。