矿用升降机运转方位勘测大细密度运算的探讨

　　1概述
　　煤矿提升机作为地面与井下器材、人员流通的运输工具，在操作安全性和提升控制精确性等方面都有很高的要求。为了便于对提升机运行的准确操作，方便器材与人员上下，防止冲罐、坠罐等恶性事故的发生，精确测得提升机箕斗（罐笼）任一时刻在井中的位置与运行速度这2个数据指标具有十分重要的意义。
　　提升机运行中的位置显示信号大都来自于间接位置信号，和实际的罐笼位置差别有时很大。先进的矿井提升机箕斗位置信号采用了计算机的定点校正技术，减少了提升机箕斗位置的相对误差。但这种方法存在的问题是，校正点开关不管是机械式的位置开关，还是感应式开关，不论是国产的开关元件，还是进口的同类开关，由于受移动箕斗运行中摆动对开关的撞击（尤其是多绳摩擦轮提升机）很容易损坏，即便这不是主要问题，还由于受校正点点数的限制，误差在两校正点开关区段内仍然较大。为消除提升机箕斗运行中的位置误差，国内外均想通过直接测量箕斗的位置信号对提升机进行控制和位置显示，到目前为止尚无成功的实例。山东兖矿集团难题招标中屡次提出解决主副井提升机箕斗位置显示问题。研制高精度的矿井提升机箕斗位置显示系统是迫在眉睫的重要课题。
　　基于红外激光技术的位置跟踪系统能实现实时测量矿井提升机与地面的距离及其运行速度，它利用工作在红外波段的激光，通过测量调制光波往返于被测距离上相位差的方法来测定距离。
　　在激光跟踪测距系统中，通常采用的是利用四象限探测器检测目标位置相对于跟踪轴的偏差，并输出与偏差成比例的误差信号，经后续电路变换处理产生开展跟踪机械的信号，使跟踪轴对准目标，完成目标的跟踪功能。但这样的结构也存在以下两方面的问题：一是由于受到各种干扰的影响，激光测量所得到的目标状态参量的测量值与目标的真实状态往往不尽相同；二是跟踪系统存在动态滞后误差，从理论上讲，由于驱动随动系统的控制电压是依靠误差产生的，要持续地对目标进行跟踪，误差就不可能为零，也就是在跟踪时是不可能将目标精确地保持在光轴所指的方向上。因此要做到既减少动态滞后误差又抑制随动误差，就成为提高激光目标跟踪系统的一个重要课题。在目标跟踪系统中引入数据滤波处理，可以比较好地解决动态滞后误差和干扰误差同时减小的问题。但是由于空间运动目标状态线性模型是建立在直角坐标系下，而激光对目标状态的测量是在球坐标系下，两种坐标之间是非线性变换关系，不能直接利用线性动态系统估值的卡尔曼滤波器。而本研究的目的是对激光目标跟踪的数学模型进行适当变换，使卡尔曼滤波器能够应用到具有非线性测量值的激光跟踪系统中，从而使系统工作更加可靠，估值误差更小。

　　2激光测距原理
　　系统工作原理如1所示，由于红外光频率为3101141014Hz，要精确测量这样高频率的相位是比较难的，为此以光频作为载波，再用一较低调制频率对光波进行幅度调制，直接测量幅度调制光波在发送端和接受端的相位差。为进一步提高相位检测的精度，根据外差接收原理，把与调制信号相差一低频的同一本机振荡信号分别与发送和接收信号进行混频放大，取出两差频信号，再用数字信号处理（DSP）方法检测两差频信号的相位差，利用相位差确定被测两点间的距离。