摘     要    本文介紹了APON無(wú)線定位測(cè)距技術(shù)的工作原理及系統(tǒng)組成，介紹了該測(cè)控定位技術(shù)高爐礦槽卸料小車精確定位系統(tǒng)的應(yīng)用，通過(guò)使用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)設(shè)備定位及遠(yuǎn)程自動(dòng)操作控制，降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了操作人員職業(yè)健康，同時(shí)提高了效率和設(shè)備及場(chǎng)地的使用率。

關(guān)鍵詞    APON無(wú)線定位測(cè)距    高爐礦槽卸料小車    遠(yuǎn)程操控

1    APON無(wú)線定位測(cè)距技術(shù)簡(jiǎn)介

APON無(wú)線定位測(cè)距儀（以下簡(jiǎn)稱APON）是一種高精度測(cè)速測(cè)距、實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，基于時(shí)間雙向飛行差分測(cè)距原理，主要作用是實(shí)時(shí)測(cè)量移動(dòng)設(shè)備的絕對(duì)實(shí)時(shí)地址，安裝調(diào)試簡(jiǎn)便，后期維護(hù)成本低。

APON無(wú)線定位測(cè)距儀由定位硬件層、數(shù)據(jù)處理層組成。定位硬件層是APON實(shí)現(xiàn)定位功能的主體部分，包括基站天線和移動(dòng)天線（兩模塊可互換）；數(shù)據(jù)處理層則是實(shí)現(xiàn)位置計(jì)算和速度計(jì)算的關(guān)鍵。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要，基站天線是定位系統(tǒng)的基準(zhǔn)錨點(diǎn)，其位置和安裝角度固定，為系統(tǒng)確定了空間坐標(biāo)基準(zhǔn)；移動(dòng)天線是移動(dòng)的，可實(shí)時(shí)獲取周圍基站天線的位置，由控制解算模塊計(jì)算設(shè)備本身的位置和速度。具體描述為：固定不動(dòng)的基準(zhǔn)站A模塊和移動(dòng)的B模塊之間發(fā)射脈沖數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議測(cè)距誤差進(jìn)行分析和建模，然后建立測(cè)距的有偏誤差與兩飛行體相對(duì)坐標(biāo)間的約束關(guān)系，利用拉格朗日乘子法和泰勒級(jí)數(shù)法獲取飛行體間相對(duì)坐標(biāo)值。

1.1    APON無(wú)線定位測(cè)距儀設(shè)備構(gòu)成

APON無(wú)線定位測(cè)距儀由最基本的基站子系統(tǒng)和移動(dòng)子系統(tǒng)構(gòu)成（如圖1），可以在基站端或者移動(dòng)端得到絕對(duì)距離值，應(yīng)急情況下可以將基站主機(jī)和移動(dòng)接收機(jī)互換，只需要軟件設(shè)置即可。測(cè)距定位的計(jì)算是以各自天線為基點(diǎn)，不得隨意移動(dòng)天線。

（1）基站子系統(tǒng)B：由基站天線、基站電氣柜（內(nèi)含基站主機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、智能網(wǎng)關(guān)、智能控制器等）。

（2）移動(dòng)子系統(tǒng)A：由移動(dòng)天線、移動(dòng)電氣柜組成（內(nèi)含移動(dòng)接收機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源等）。

1.2    APON無(wú)線定位測(cè)距儀系統(tǒng)原理

APON測(cè)速測(cè)距功能基于時(shí)間雙向飛行差分測(cè)距原理，固定不動(dòng)的基準(zhǔn)站A模塊和移動(dòng)的B模塊之間發(fā)射脈沖數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議測(cè)距誤差進(jìn)行分析和建模，然后建立測(cè)距的有偏誤差與兩飛行體相對(duì)坐標(biāo)間的約束關(guān)系，利用拉格朗日乘子法和泰勒級(jí)數(shù)法獲取飛行體間相對(duì)坐標(biāo)值。雙向飛行時(shí)間算法概述如下：

每個(gè)模塊從啟動(dòng)開(kāi)始即會(huì)生成一條獨(dú)立的時(shí)間戳。模塊A的發(fā)射機(jī)在其時(shí)間戳上的Ta1發(fā)射請(qǐng)求性質(zhì)的脈沖信號(hào)，模塊B接收機(jī)在其時(shí)間戳上的Tb1接收到該信號(hào)。對(duì)信號(hào)加以一定的處理手段后，模塊B在Tb2時(shí)刻發(fā)射一個(gè)響應(yīng)性質(zhì)的信號(hào)，被模塊A在自己的時(shí)間戳Ta2時(shí)刻接收。由此可以計(jì)算出脈沖信號(hào)在兩個(gè)模塊之間的飛行時(shí)間，從而確定飛行距離（如圖2）。

計(jì)算公式如下：

其中c為光速，S為要計(jì)算的距離，Ta1、Ta2、Tb1、Tb2為時(shí)間戳。

在測(cè)速方面，系統(tǒng)根據(jù)測(cè)距所得數(shù)據(jù)，由卡爾曼Kalman濾波的最優(yōu)回歸方程計(jì)算出模塊之間的徑向速度。

1.3    APON無(wú)線定位測(cè)距儀技術(shù)指標(biāo)

（1）移動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備地址測(cè)量精度：<2cm；

（2）測(cè)量范圍：0-2.5km；

（3）工作環(huán)境溫度：-40℃～+85℃；

（4）刷新速度：125Hz（最大）；

（5）輸入電源：AC220VAC±10%、DC4.5-48V；

（6）功率：2w；

（7）輸出接口：USB、串口、以太網(wǎng)口、CAN以及DP總線；

1.4    APON無(wú)線定位測(cè)距儀功能特點(diǎn)

（1）測(cè)距速度快，定位精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)；

（2）移動(dòng)端無(wú)用戶數(shù)量限制；

（3）體積小、重量輕、安裝方便快捷，調(diào)試周期短；

（4）抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便；

（5）設(shè)備部件標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)備構(gòu)架簡(jiǎn)單明了，供貨周期短；

（6）數(shù)據(jù)校準(zhǔn)方便，測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)性高，不受外部限制，完全自主控制；

（7）地面固定基準(zhǔn)站和車載移動(dòng)站兩側(cè)分別能得到移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)位置和速度數(shù)據(jù)，多個(gè)移動(dòng)子站可以共用一個(gè)固定基準(zhǔn)站；

（8）后期維護(hù)簡(jiǎn)單，部件更換方便，基準(zhǔn)站模塊和移動(dòng)子站模塊可以互換，無(wú)需停產(chǎn)即可更換，不影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備正常生產(chǎn)；

（9）不會(huì)像激光測(cè)距設(shè)備一樣受現(xiàn)場(chǎng)的光譜、蒸汽、水霧、灰塵等影響。

2    APON無(wú)線定位測(cè)距技術(shù)應(yīng)用

1. 在高爐礦槽上用卸料小車來(lái)卸料，需要將不同料種進(jìn)行混配，通過(guò)對(duì)卸料車的高效準(zhǔn)確控制，并能提高生產(chǎn)效益，改善操作人員工作環(huán)境。

APON無(wú)線定位測(cè)距儀由基站天線、基站主機(jī)和移動(dòng)天線、移動(dòng)接收機(jī)、智能控制器等組成。將移動(dòng)天線固定于小車一端，移動(dòng)接收機(jī)放置車載電氣柜內(nèi)；1個(gè)基站天線固定于卸料小車走行相對(duì)側(cè)，基站主機(jī)、智能控制器放置室內(nèi)，通過(guò)基站天線和移動(dòng)天線的脈沖發(fā)送接收來(lái)實(shí)現(xiàn)小車走行位置檢測(cè)，并將各實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)PLC內(nèi)，供調(diào)用（如圖3）。

3    結(jié)束語(yǔ)

目前自動(dòng)化定位控制技術(shù)受到工程技術(shù)領(lǐng)域的高度重視, 而移動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備定位技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了人眼觀察定位、旋轉(zhuǎn)編碼器定位、再到今天的APON無(wú)線定位測(cè)距技術(shù)，技術(shù)革新不斷發(fā)展進(jìn)步，隨著自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，更離不開(kāi)APON無(wú)線定位測(cè)距的支持。APON無(wú)線測(cè)距技術(shù)穩(wěn)定可靠，適用范圍廣泛，可用于對(duì)設(shè)備移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和速度檢測(cè)。