矿井组合导航系统的设计与应用
发布时间：2021-10-29 18:52
针对矿井捷联式惯性导航系统（SINS）误差累计的问题,提出了一种基于射频位置修正技术的矿井组合导航系统。系统将射频标签存储的实际位置和SINS解算位置的差值作为量测量,利用Kalman滤波器估计并补偿SINS存在的陀螺漂移和加速度计零偏。该方法在修正点对误差估计精度高,收敛速度快,能够对SINS累计误差进行一次性修正。
【文章来源】：计算机工程与应用. 2013,49(07)CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
矿井组合导航系统原理框架图
，适用于SINS这种非线性系统，但是通过对比分析发现两种滤波方法效果基本一致。出现这种结果的原因是一定精度的导航系统的误差量都可看做小量，非线性方程中关于误差量的高阶项都可看做高阶小量而略去不计，误差方程三轴加速度计信号调理电路信号调理电路温度传感器三轴陀螺仪信号调理电路触摸屏导航输出数据采集与处理（DSP1）捷联解算与数据融合（DSP2）7.2V锂电池电源模块RFID阅读器数据存储AD7606SPI并行总线并行总线TMS320F28335TMS320C6748K9F4G08U0BUSB2.0图2组合导航系统硬件结构图250
2013，49（7）可描述为线性方程，所以两者效果基本一致。而对于工程应用来说，UKF需要对方程进行UT变换且算法相对复杂，因此系统选择Kalman滤波作为数据融合算法基矗另外由图知载体经过修正点时，姿态误差逐渐收敛至零值附近，即系统在修正点准确地估计出了陀螺的常值漂移和加速度计的常值零偏，并且得到补偿。为了验证姿态误差收敛速度与位置信息时间间隔的关系，图3（a）中修正点位置信息时间间隔为1s，图3（b）间隔为0.5s。对比两图可得，提供修正位置信息间隔时间越短，姿态误差收敛得越快。但是，在实际使用时，时间间隔越短意味着射频标签使用越多，同时，算法计算量越大。因此，在实际使用时应按照具体情况选取时间间隔。载体按照预设轨迹以2m/s行进，初始条件及参数均不变，对纯SINS进行仿真，仿真时间为1800s，观测仿真过程中位置误差的变化曲线。为了便于分析，位置误差换算为地理距离误差δP,仿真结果如图4所示。分析验证了2.5节结论，即SINS由于自身陀螺的常值漂移和加速度计的常值零偏，导致误差随时间逐步增大，如不进行修正，不适合矿井环境下的长时间导航。图中，1800s的仿真实验的位置误差最大偏差达到6m。在上述SINS仿真条件下，对组合导航系统进行仿真研究。与前者相区别的是载体行进过程中，在600s和1200s两处分别以0.5s为间隔提供4次真实位置信息，观测仿真过程中位置误差，结果如图5所示。对图5进行分析，载体位置误差在600s和1200s两处得到一次性的修正。结合图3的信息，系统在修正点准确估计出陀螺与加速度计的误差，并且修正了由上述误差引起姿态、速度及位置误差。在0~600s、600~1200s以及1200s~1800s只有SINS在工作，误差依旧在累计，但是从整体来评估系统，其精度明显提高，整个实验过程中最大偏差
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进无线传感器网络矿井监测系统定位算法[J]. 孙泽宇,李蒙. 计算机测量与控制. 2010(09)
[2]距离几何TOA无线定位算法[J]. 贺远华,黎洪生. 计算机工程与应用. 2010(12)
[3]基于捷联惯性导航的井下人员精确定位系统[J]. 吕振,刘丹,李春光. 煤炭学报. 2009(08)
[4]基于RSSI无线传感器网络空间定位算法[J]. 周艳,李海成. 通信学报. 2009(06)
本文编号：3465213
【文章来源】：计算机工程与应用. 2013,49(07)CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
矿井组合导航系统原理框架图
，适用于SINS这种非线性系统，但是通过对比分析发现两种滤波方法效果基本一致。出现这种结果的原因是一定精度的导航系统的误差量都可看做小量，非线性方程中关于误差量的高阶项都可看做高阶小量而略去不计，误差方程三轴加速度计信号调理电路信号调理电路温度传感器三轴陀螺仪信号调理电路触摸屏导航输出数据采集与处理（DSP1）捷联解算与数据融合（DSP2）7.2V锂电池电源模块RFID阅读器数据存储AD7606SPI并行总线并行总线TMS320F28335TMS320C6748K9F4G08U0BUSB2.0图2组合导航系统硬件结构图250
2013，49（7）可描述为线性方程，所以两者效果基本一致。而对于工程应用来说，UKF需要对方程进行UT变换且算法相对复杂，因此系统选择Kalman滤波作为数据融合算法基矗另外由图知载体经过修正点时，姿态误差逐渐收敛至零值附近，即系统在修正点准确地估计出了陀螺的常值漂移和加速度计的常值零偏，并且得到补偿。为了验证姿态误差收敛速度与位置信息时间间隔的关系，图3（a）中修正点位置信息时间间隔为1s，图3（b）间隔为0.5s。对比两图可得，提供修正位置信息间隔时间越短，姿态误差收敛得越快。但是，在实际使用时，时间间隔越短意味着射频标签使用越多，同时，算法计算量越大。因此，在实际使用时应按照具体情况选取时间间隔。载体按照预设轨迹以2m/s行进，初始条件及参数均不变，对纯SINS进行仿真，仿真时间为1800s，观测仿真过程中位置误差的变化曲线。为了便于分析，位置误差换算为地理距离误差δP,仿真结果如图4所示。分析验证了2.5节结论，即SINS由于自身陀螺的常值漂移和加速度计的常值零偏，导致误差随时间逐步增大，如不进行修正，不适合矿井环境下的长时间导航。图中，1800s的仿真实验的位置误差最大偏差达到6m。在上述SINS仿真条件下，对组合导航系统进行仿真研究。与前者相区别的是载体行进过程中，在600s和1200s两处分别以0.5s为间隔提供4次真实位置信息，观测仿真过程中位置误差，结果如图5所示。对图5进行分析，载体位置误差在600s和1200s两处得到一次性的修正。结合图3的信息，系统在修正点准确估计出陀螺与加速度计的误差，并且修正了由上述误差引起姿态、速度及位置误差。在0~600s、600~1200s以及1200s~1800s只有SINS在工作，误差依旧在累计，但是从整体来评估系统，其精度明显提高，整个实验过程中最大偏差
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进无线传感器网络矿井监测系统定位算法[J]. 孙泽宇,李蒙. 计算机测量与控制. 2010(09)
[2]距离几何TOA无线定位算法[J]. 贺远华,黎洪生. 计算机工程与应用. 2010(12)
[3]基于捷联惯性导航的井下人员精确定位系统[J]. 吕振,刘丹,李春光. 煤炭学报. 2009(08)
[4]基于RSSI无线传感器网络空间定位算法[J]. 周艳,李海成. 通信学报. 2009(06)
本文编号：3465213
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3465213.html
