煤矿井下超宽带定位混合解算方法

陈美蓉¹，王凯²，张嘉纯³，许鹏远²

1. 中国矿业大学数学学院2. 煤炭科学研究总院矿山大数据研究院3. 中国矿业大学信息与控制工程学院

摘 要：超宽带定位是根据基站测定的标记点距离,基于一组非线性定位方程组,通过泰勒（Taylor）级数展开算法、Chan算法或最小二乘法解算获得精确的设备位置。其中,Taylor级数展开算法的求解精度高,但是对初始值具有很强的依赖性,如果初始值选择不恰当,会导致算法不收敛。针对上述问题,提出了一种结合头脑风暴优化（BSO）和Taylor级数展开的混合解算（BSO-Taylor）方法。采用BSO算法求解移动站到基站的误差函数最小化的最优解,将最优个体的到达时间差（TDOA）值作为Taylor级数展开算法的初始值,进行Taylor展开解算得到定位信息,解决了Taylor级数展开算法需要较好初始值的问题。对Chan算法、Taylor级数展开算法和BSO-Taylor混合解算方法的结果进行了对比实验,结果表明,BSO-Taylor混合解算方法通过全局搜索策略,获得了接近于真实位置的迭代初始值,既可以获得接近真值的定位性能,又解决了Taylor级数展开算法对不良初始值的敏感性;相较于Chan算法,BSO-Taylor混合解算方法的解算结果更加稳定,且准确性更好;相较于初始位置为真实位置的Taylor级数展开算法,BSO-Taylor混合解算方法的解算误差稍大;定位距离的变化和TDOA测量值标准差的变化对Taylor级数展开算法和BSOTaylor混合解算方法的影响基本一致,而对Chan算法的影响较大。

关键词：矿井定位;超宽带定位;到达时间差;误差解算;Taylor级数展开算法;头脑风暴优化;TDOA;