矿井移动目标定位增强算法研究

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1、硕士学位论文矿井移动目标定位增强算法研究EnhancedPositioningResearchforMovingTargetinMineUnderground作者：丁一珊导师：张申教授中国矿业大学二○一六年五月中图分类号TN92学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文矿井移动目标定位增强算法研究EnhancedPositioningResearchforMovingTargetinMineUnderground作者丁一珊导师张申教授申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业信息与通信工程研究方向井下动目标定位答辩委员会主席丁恩杰评

2、阅人二○一六年五月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本课题的完成和论文的成篇得益于我的导师张申教授悉心指导，三载学术生涯，收获满怀。张老师是一位值得尊敬的学术成果颇丰的经验教授，他的学术作风受到学生的一致尊崇，做人态度积极向上，是学生学术和人生的不二导师。在三年的研究生学习期间，张老师在学术上给了我悉心关键的指导

3、，是我学术的导师，人生方向的启明导师。在课题研究过程中，张老师充分体现了一位德高望重的教授应有的风范，严厉的要求我的学位论文写作，指正课题研究中的不足，是我顺利完成课题研究与论文写作的坚实保障。在此，对我的导师张申教授表示深深的感谢。同时，感谢同课题组的胡青松副教授、王刚副教授一直以来的关心和帮助！当课题中遇到问题时，向他们请教，他们会热心的给出建议指导，保障了课题的顺利完成，在其他方面，两位老师也热心的帮助我。在三年的研究生活中，胡老师指导了我许多学术问题，给了我许多建议和指导，在此向老师表示深深的敬意和衷心的感谢！在课题的研究过程中，得到过

4、翟彦蓉博士、宋泊明博士、张然博士的专业指点，感谢曹灿、韩丽娜、闫玉萍、朱梦影等同学的热心帮助和大力支持，感谢龙佳、马京、魏亚敏、张震、李轶、孙文达、吴燕等师弟师妹们的帮助，三年以来与你们所有人积极讨论交流学术问题，共同学习进步的点点滴滴都值得永生怀念，美好回忆始终萦绕心头。祝愿大家在以后的工作生活中更上一层楼！另外，还要感谢我的室友孟稳、吴琼、李翠，是你们这三年来给了我家的温暖，陪伴我共同度过了美好的研究生生活，我们共同创造了和谐的寝室环境，共同打造了温暖的小窝。在此，祝福你们拥有美好的未来，幸福的生活，愿我们的友谊天长地久。此外，心中的感激之

5、情难以表述，仅将此感激献给我最深爱的家人，感谢父母在三年求学生涯中的坚定支持，让我没有后顾之忧的进行学术研究，给予我求学路上温暖无私的鼓励和支持，给予我生活上无微不至的关怀。感谢兄长对我的包容，你们是我前进的动力与助手。摘要目标的精确定位是煤矿安全高效生产的重要保障，但是井下环境特殊，巷道狭长封闭，无线信号的传播存在严重的非视距影响和多径衰落现象，导致现有井下定位系统定位精度低、适应性差。从部署角度看，即使研制出高精度的新型定位系统，想要大面积替换现有定位系统也将造成前期投资的巨大浪费。矿山物联网的发展和普及给矿井精确定位提供了全新的机会和思路

6、。为了对煤矿环境、生产设备和生产人员进行实时感知、监测和预警，煤矿井下需要部署充足的感知节点。这些感知节点在完成既定的感知任务外，还可以借助与其他节点之间或与现有定位系统之间的物-物相连特征，为矿井目标的精确定位提供辅助服务。为此，本文主要给出了两种利用感知节点来增强原有定位精度的方法和一种抑制非视距误差的扩展卡尔曼滤波法：（1）利用井下已有感知节点与地理信息辅助提高定位精度。该方法首先通过井下已有定位系统对动目标进行定位；然后调用移动目标附近能够通信的感知节点进行辅助定位，并将系统定位和感知定位进行加权联合；最后通过井下地理信息的辅助将在巷道

7、区域外的定位节点估计坐标修正到巷道区域内，实现对移动目标的精确定位。仿真结果表明此方法在原有定位系统的基础上，提高了定位精度，增强了定位效果。（2）利用井下已有的感知节点建立一种基于证人节点的非替代性增强定位方法。该定位方法从物联网管控平台中调用动目标通信范围内的感知节点，并从这些感知节点中选择出部分节点充当“证人”，通过改变“证人”的搜索半径，将有证人节点驱动的目标搜索半径逐渐缩小。该方法主要包括初值计算、目标搜索、搜索结果修正三个阶段。通过仿真结果显示，无论现有定位系统采用何种定位方法，该算法均有较强的精度增强能力。（3）通过扩展卡尔曼滤波

8、抑制非视距误差在定位过程中的影响，以基于扩展卡尔曼滤波的证人节点增强定位方法为例，使用扩展卡尔曼滤波对定位坐标进行了两次滤波，进一步提高了定位精度。通