井下移动目标跟踪定位的方法研究

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煤矿井下环境复杂,开采过程存在诸多隐患,及时有效的跟踪定位井下移动目标,对煤矿生产安全至关重要。无线传感器网络在煤矿井下安全监控的应用已成为当前重要研究课题。从无线传感器网络角度出发,分析井下的定位技术以及基于测距和非测距的定位算法。不考虑无线定位技术对定位系统精度的影响,采用融合井下信号传输模型的DV-Hop定位方法对井下移动目标跟踪定位。无线信号在井下巷道传播中易受到多径效应和非视距环境干扰。针对这两种干扰,采用卡尔曼滤波算法对采集的信号强度值进行预处理,有效去除测量信号的奇异值。分析井下无线信号传播遵循的阴影屏蔽模型,采用最小二乘法对模型中路径衰减因子和环境参量进行分段拟合,得到分段巷道中的阴影屏蔽模型。针对DV-Hop定位算法中节点跳数和平均跳距的计算存在误差的问题,提出融合信号传播模型修正节点跳数的DV-Hop定位方法。基于拟合的井下巷道信号传输模型,利用接收邻居节点的信号强度与节点通信半径的信号强度值的比值,重新划分节点间跳数。根据修正的节点跳数计算锚节点的平均跳距。结合实际井下空间节点分布和锚节点部署情况,在Matlab平台进行仿真,结果表明改进的DV-Hop方法能有效提高对目标的定位准确度。为解决DV-Hop算法在目标定位阶段的误差累积问题,采用蝙蝠算法代替DV-Hop定位算法第三阶段中的极大似然估计法,利用蝙蝠寻找的最优位置,从而确定移动目标的坐标。在蝙蝠算法寻优过程中融合莱维飞行策略,对蝙蝠的位置进行更新,进一步提高蝙蝠算法的全局寻优能力。通过仿真实验证明,融合信号传输模型和蝙蝠算法的DV-Hop定位方法,有效提高了跟踪目标的定位精度,为井下目标定位技术提供理论基础。图34幅;表7个;参62篇。
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