煤炭科学技术

作者：毛清华, 安炎基, 马宏伟, 张飞,

关键词：煤矿装备, 掘进装备, 光纤惯导, 降噪, 经验模态分解,

煤矿掘进装备光纤惯导在井下掘进工作面易受振动与电磁等多源异构噪声干扰，导致掘进装备位姿检测准确性降低。因此，为消除噪声干扰对组合惯导定位检测影响，提出了一种改进经验模态分解(EMD)的光纤惯导多源异构噪声降噪方法。首先，根据井下掘进工作面环境噪声特性，分析多源异构噪声构成。然后，利用改进的EMD降噪方法对光纤惯导多源异构噪声进行降噪，该方法通过计算连续均方误差(CMSE)自适应筛选出有效本征模态函数(IMF)，并通过设定阈值函数对各层有效IMF分量进行优化，重构优化后的有效IMF分量，从而获得降噪后的信号。为验证改进EMD方法的降噪效果，运用小波降噪方法、变分模态分解(VMD)降噪方法和改进EMD降噪方法进行了降噪对比试验，结果表明：改进EMD降噪方法降噪效果优于小波降噪和VMD降噪方法。为验证改进EMD方法对掘进装备位姿检测准确性的提升效果，对降噪前以及利用3种降噪方法降噪后的光纤惯导与位移传感器组合定位结果进行对比分析，结果表明：改进EMD方法对光纤惯导信号降噪后组合定位的位姿误差最小，且相较于降噪前大幅降低，与降噪前相比，俯仰角误差从0.113 1°下降到0.028 6°，横滚角误差从0.010 1°下降到0.003 8°，航向角误差从2.705 1°下降到0.027 2°，北向位置误差从36.8872 m下降到0.082 2 m，东向位置误差从0.499 0 m下降到0.016 1 m，天向位置误差从0.914 1 m下降到0.014 3 m。提出的改进EMD降噪方法能够有效地滤除煤矿掘进装备光纤捷联惯导信号的多源异构噪声，为煤矿掘进装备精确定位奠定了良好基础。

来源：2023年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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