基于超宽带系统的采煤机端头定位策略及定位技术研究

采煤机的精准定位是实现无人开采的关键,但是现阶段的采煤机定位技术定位精度较低,无法满足高精度定位的要求.为此,提出在综采工作面的两个端头位置分别设置导轨,使超宽带(Ultra-Wideband,UWB)基站群能沿着导轨整体移动,当采煤机运行到端头时,利用对应端头的UWB定位系统获得采煤机的位置坐标,完成一刀截割之后,UWB基站群沿着进刀方向迁移,为下一次端头定位做好准备,实现"一刀一迁移"的端头定位策略,为惯性导航提供端头校准的依据.考虑到井下实际环境中测量噪声较大,提出了基于最小均方误差准则(Minimum Mean Square Error Criterion,MMSEC)的收缩估计方法;以定位终端与基站群之间的距离构建观测方程,建立扩展卡尔曼滤波(Ex?tended Kalman Filter,EKF)模型,进一步消除距离残差对定位精度的影响,提高UWB定位系统的位置估计精度;以基站群迁移装置和定位终端移动平台为基础,模拟采煤机的运动,研究所提基站群迁移策略和定位算法.试验结果表明,MMSEC收缩估计方法能够提高运动轨迹的定位精度,第4刀和第5刀的定位精度提升比较明显,平均定位误差由0.341 m,0.394 m减小为0.296 m,0.339 m,定位精度分别提升了13.1％和13.9％,经过EKF平滑处理后,第4刀和第5刀的平均定位精度进一步提升13.5％和10.6％;随着基站群迁移次数的增加,平均定位误差逐渐增大,x轴和z轴平均误差逐渐增加,y轴平均误差基本保持在0.2 m之内;MMSEC-EKF算法的前3刀的定位精度小于0.2 m,因此采煤机完成3次循环截割后,重新测量基站群的坐标,能够获得更好的定位效果;提出的端头"一刀一迁移"的定位策略及定位算法为井下定位技术提供理论参考,该方法有待井下环境的进一步试验验证.