基于差分误差抑制优化方法的井下目标定位

发布时间：2024-04-01 23:08

　　针对基于时间测距即到达时间、单程测距、双程测距、对称双边双程测距(SDS-TWR)等定位方法的定位精度受节点间时钟未同步、计时器频率偏移、设备时延等计时误差因素干扰的问题,提出了一种基于差分误差抑制优化方法的井下目标定位方法。该方法结合SDS-TWR定位方法,利用目标节点既是发射节点又是接收节点的特点,将传输时间及长度关系联立求解,通过矩阵形式,消除计时器频率偏移、设备时延等无关变量,得到未知目标节点的坐标仅与实测时间有关,从而有效消除计时误差对目标节点定位结果的影响,达到精确定位的目的。仿真结果表明,与单程测距、双程测距方法相比,差分误差抑制优化方法可有效抑制设备时延和计时器频率偏移等对基于时间测距的定位方法的影响,能对未知节点进行精确定位,定位精度高,测距误差区间仅为[-0.036 9m,0.037 7m],是单程测距误差的0.012%,双程测距误差的0.061%。

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【部分图文】：

图1SDS-TWR方法原理

由式（1）可知，-（μ1t1-μ2t2）为双程测距误差，其误差值由t1,t2，μ1，μ2决定，其中t1和t2无法避免，为系统误差；μ1和μ2为发送节点和接收节点内部存在的频率偏移，对测量结果精确度影响较大。如要在一维系统中进行精确定位，必须克服设备时延和计时器频率偏移等计时误差[....

图2信号收发及计时方式

由图1可知，节点P1和P2之间的距离为d,P1和信息处理主站之间的距离为2d，为已知值。设P1和P3之间的距离为d1,P2和P3之间的距离为d2，为待测值。节点P1,P2和P3使用相同型号的计时器和处理器，这样可以减少无关因素的影响。在SDS-TWR定位方法的基础上，利用如图2所....

图3测试环境

为了验证差分误差抑制优化方法定位结果的可靠性，在Matlab仿真软件中进行了实验。选择如图3所示的远距离传输塑料管道模拟煤矿巷道，以避免干扰噪声的影响。本文模拟测试煤矿井下未知目标节点位置的初始数据如下：d=4000m，同步时延小于±1×10-6s，计时器频率偏移不超过±1×....

图4计时误差抑制优化结果仿真

图3测试环境由图4、表1可知，单程测距误差最值区间为[-320.3512m,298.5642m]，最大误差值比较大，严重影响测距结果，很难满足现实精度要求，造成误差有两方面原因：一方面是因为系统存在较大同步时延，另一方面是因为忽略了系统频率偏移的影响。双程测距误差最值区....

本文编号：3945449