摘     要    本文介绍了APON无线定位测距技术的工作原理及系统组成，介绍了该测控定位技术高炉矿槽卸料小车精确定位系统的应用，通过使用该技术实现了移动设备定位及远程自动操作控制，降低了现场操作人员的劳动强度，保障了操作人员职业健康，同时提高了效率和设备及场地的使用率。

关键词    APON无线定位测距    高炉矿槽卸料小车    远程操控

1    APON无线定位测距技术简介

APON无线定位测距仪（以下简称APON）是一种高精度测速测距、实时定位系统，基于时间双向飞行差分测距原理，主要作用是实时测量移动设备的绝对实时地址，安装调试简便，后期维护成本低。

APON无线定位测距仪由定位硬件层、数据处理层组成。定位硬件层是APON实现定位功能的主体部分，包括基站天线和移动天线（两模块可互换）；数据处理层则是实现位置计算和速度计算的关键。根据项目实际需要，基站天线是定位系统的基准锚点，其位置和安装角度固定，为系统确定了空间坐标基准；移动天线是移动的，可实时获取周围基站天线的位置，由控制解算模块计算设备本身的位置和速度。具体描述为：固定不动的基准站A模块和移动的B模块之间发射脉冲数据，根据协议测距误差进行分析和建模，然后建立测距的有偏误差与两飞行体相对坐标间的约束关系，利用拉格朗日乘子法和泰勒级数法获取飞行体间相对坐标值。

1.1    APON无线定位测距仪设备构成

APON无线定位测距仪由最基本的基站子系统和移动子系统构成（如图1），可以在基站端或者移动端得到绝对距离值，应急情况下可以将基站主机和移动接收机互换，只需要软件设置即可。测距定位的计算是以各自天线为基点，不得随意移动天线。

（1）基站子系统B：由基站天线、基站电气柜（内含基站主机、开关电源、智能网关、智能控制器等）。

（2）移动子系统A：由移动天线、移动电气柜组成（内含移动接收机、开关电源、不间断电源等）。

1.2    APON无线定位测距仪系统原理

APON测速测距功能基于时间双向飞行差分测距原理，固定不动的基准站A模块和移动的B模块之间发射脉冲数据，根据协议测距误差进行分析和建模，然后建立测距的有偏误差与两飞行体相对坐标间的约束关系，利用拉格朗日乘子法和泰勒级数法获取飞行体间相对坐标值。双向飞行时间算法概述如下：

每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B接收机在其时间戳上的Tb1接收到该信号。对信号加以一定的处理手段后，模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离（如图2）。

计算公式如下：

其中c为光速，S为要计算的距离，Ta1、Ta2、Tb1、Tb2为时间戳。

在测速方面，系统根据测距所得数据，由卡尔曼Kalman滤波的最优回归方程计算出模块之间的径向速度。

1.3    APON无线定位测距仪技术指标

（1）移动搬运设备地址测量精度：<2cm；

（2）测量范围：0-2.5km；

（3）工作环境温度：-40℃～+85℃；

（4）刷新速度：125Hz（最大）；

（5）输入电源：AC220VAC±10%、DC4.5-48V；

（6）功率：2w；

（7）输出接口：USB、串口、以太网口、CAN以及DP总线；

1.4    APON无线定位测距仪功能特点

（1）测距速度快，定位精度高，运行稳定，抗干扰能力强；

（2）移动端无用户数量限制；

（3）体积小、重量轻、安装方便快捷，调试周期短；

（4）抗干扰能力强、维护方便；

（5）设备部件标准化，设备构架简单明了，供货周期短；

（6）数据校准方便，测量数据重复性高，不受外部限制，完全自主控制；

（7）地面固定基准站和车载移动站两侧分别能得到移动设备实时位置和速度数据，多个移动子站可以共用一个固定基准站；

（8）后期维护简单，部件更换方便，基准站模块和移动子站模块可以互换，无需停产即可更换，不影响现场设备正常生产；

（9）不会像激光测距设备一样受现场的光谱、蒸汽、水雾、灰尘等影响。

2    APON无线定位测距技术应用

1. 在高炉矿槽上用卸料小车来卸料，需要将不同料种进行混配，通过对卸料车的高效准确控制，并能提高生产效益，改善操作人员工作环境。

APON无线定位测距仪由基站天线、基站主机和移动天线、移动接收机、智能控制器等组成。将移动天线固定于小车一端，移动接收机放置车载电气柜内；1个基站天线固定于卸料小车走行相对侧，基站主机、智能控制器放置室内，通过基站天线和移动天线的脉冲发送接收来实现小车走行位置检测，并将各实时数据传输到系统PLC内，供调用（如图3）。

3    结束语

目前自动化定位控制技术受到工程技术领域的高度重视, 而移动搬运设备定位技术的发展也经历了人眼观察定位、旋转编码器定位、再到今天的APON无线定位测距技术，技术革新不断发展进步，随着自动化程度要求越来越高，更离不开APON无线定位测距的支持。APON无线测距技术稳定可靠，适用范围广泛，可用于对设备移动过程中进行实时定位和速度检测。