[發(fā)明專利]基于不完全量測(cè)下集員濾波的礦井人員安全狀態(tài)估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010330263.4
• 申請(qǐng)日: 2020-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN111427007B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白星振;張金昌;宋保業(yè);劉洋;鄭鑫磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/12
• 分類號(hào): G01S5/12
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37283
• 代理人: 朱玉建

本發(fā)明公開了一種基于不完全量測(cè)下集員濾波的礦井人員安全狀態(tài)估計(jì)方法，該方法充分考慮到了無線傳感器的非完全量測(cè)以及礦山環(huán)境中的未知但有界噪聲，構(gòu)造了基于不完全量測(cè)下的集員濾波器。其中，為了有效處理礦井作業(yè)人員定位系統(tǒng)中的非線性誤差，本發(fā)明將系統(tǒng)量測(cè)方程進(jìn)行線性化處理，采用縮放矩陣和未知矩陣來表示線性化誤差，并利用粒子群算法對(duì)縮放矩陣進(jìn)行處理，有效解決了系統(tǒng)的線性化問題，實(shí)現(xiàn)了礦井作業(yè)人員的精確定位。此外，本發(fā)明通過半正定規(guī)劃確定各項(xiàng)濾波參數(shù)，并提出了遞歸濾波算法來計(jì)算包含礦井作業(yè)人員真實(shí)狀態(tài)的最小狀態(tài)估計(jì)橢球，提高了礦山作業(yè)人員定位系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于不完全量測(cè)下集員濾波的礦井人員安全狀態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

在礦井工業(yè)安全技術(shù)領(lǐng)域，無線定位系統(tǒng)有著重要的應(yīng)用，它對(duì)于保障礦井作業(yè)人員的安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。無線定位系統(tǒng)一般采用先進(jìn)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)施，無線智能節(jié)點(diǎn)在本地感知數(shù)據(jù)，并與其他傳感器協(xié)作交換被監(jiān)測(cè)對(duì)象的相關(guān)信息。

在實(shí)際工程中，利用無線定位系統(tǒng)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的人員進(jìn)行跟蹤定位，提高了工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)安全信息的感知能力。然而，無線傳感器的能量供應(yīng)相當(dāng)有限。如果無線傳感器按照傳統(tǒng)的基于時(shí)間的通信方案周期性地傳輸被測(cè)信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)上大量不必要的傳輸，從而導(dǎo)致無線傳感器的能量消耗過大，大大縮短了無線傳感器的使用壽命。

另外，礦井現(xiàn)場(chǎng)的無線通信環(huán)境比較復(fù)雜，存在各種測(cè)量噪聲和干擾。而無線傳感器與目標(biāo)之間的距離通常采用一定的非線性函數(shù)進(jìn)行建模。因此，出現(xiàn)了各種非線性濾波器(如擴(kuò)展卡爾曼濾波器、無跡卡爾曼濾波器)來處理無線定位系統(tǒng)中的估計(jì)問題。然而這些濾波器需要假設(shè)噪聲源為隨機(jī)白噪聲和高斯噪聲。但是在無線定位系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)系統(tǒng)噪聲的概率假設(shè)有時(shí)并不符合現(xiàn)實(shí)情況，更合理的假設(shè)是系統(tǒng)噪聲是未知但有界的。

綜上，考慮無線傳感器的非完全量測(cè)和礦山環(huán)境中的未知但有界噪聲更具有實(shí)際的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于不完全量測(cè)下集員濾波的礦井人員安全狀態(tài)估計(jì)方法，以便在不完全量測(cè)的情況下準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)礦井作業(yè)人員的位置定位。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

基于不完全量測(cè)下集員濾波的礦井人員安全狀態(tài)估計(jì)方法，包括如下步驟：

I.在礦井工作區(qū)域上方布置多個(gè)無線傳感器，收集礦井作業(yè)人員的位置和速度信息；

II.建立礦井作業(yè)人員定位系統(tǒng)模型；

系統(tǒng)模型建立過程如下：

礦井作業(yè)人員在礦井工作區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，其狀態(tài)量x_k包括位置和速度，用以下向量表示：

x_k＝[x_1,k v_1,k x_2,k v_2,k]^T (1)

其中，x_k為4維向量，表示礦井作業(yè)人員狀態(tài)；(x_1,k,x_2,k)表示礦井作業(yè)人員在時(shí)刻t_k時(shí)的位置坐標(biāo)；(v_1,k,v_2,k)表示礦井作業(yè)人員在時(shí)刻t_k時(shí)的速度坐標(biāo)；

給出礦井作業(yè)人員的動(dòng)態(tài)狀態(tài)方程x_k+1如下：

x_k+1＝A_kx_k+B_ku_k+ω_k (2)

其中，