黄辉先，王 晖，汤红忠

矿井组合导航系统的设计与应用

黄辉先，王 晖，汤红忠

针对矿井捷联式惯性导航系统（SINS）误差累计的问题，提出了一种基于射频位置修正技术的矿井组合导航系统。系统将射频标签存储的实际位置和SINS解算位置的差值作为量测量，利用Kalman滤波器估计并补偿SINS存在的陀螺漂移和加速度计零偏。该方法在修正点对误差估计精度高，收敛速度快，能够对SINS累计误差进行一次性修正。

组合导航；卡尔曼滤波器；捷联式惯性导航系统（SINS）；射频识别

1 引言

我国煤矿井下地质条件非常复杂，部分矿井巷道长达数十千米，作业地点分散，作业人员和设备流动性大。尤其是发生矿灾时，井下工作人员很难确定所处的具体位置[1]。鉴于此种现状，研究适用于矿井下的导航技术将对矿产安全生产起到极大的促进作用。目前井下使用较多的是射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）导航和惯性导航，但是两者单独使用时均存在一些固有缺陷。

RFID系统由射频标签和阅读器组成，是一种无线射频方式进行非接触的双向通信技术。根据导航机制的不同，可将无线导航算法分为两类：基于距离无关的（range-free）导航算法和基于测距的（range-based）导航算法[2]。后者主要技术方案有AOA（Angle of Arrival）[3]、RSSI（Received Signal Strength Indicator）[4]和TOA（Time of Arrival）[5-6]。但这些方案的共同问题是定位精度比较低，尤其是工作时需全程接收外部信息，自主性差，这给实际应用留下了巨大隐患[7]。

SINS利用惯性导航算法将载体三维加速度和角速率解算为载体的姿态、速度和位置信息。该系统具备自主、实时，不受地域、时间和气候条件限制，可靠性高等诸多优点，广泛应用于宇航、导弹制导以及特殊环境导航等领域。……