[发明专利]一种基于测距雷达的掘进装备导航定位方法

说明书

本发明涉及一种基于测距雷达的掘进装备导航定位方法，采用测距雷达和全站仪组件相结合的方式，测距雷达用于测量掘进装备机身距巷道两帮的距离，全站仪组件用于测量掘进装备机身的位置信息，将偏差信息与位置信息相结合，实现掘进装备机身在巷道内的导航和精确定位。该方法中的测距雷达包含但不限于毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达等具有测距功能的传感器。该方法与现有的导航定位方法相比，精度高，成本低，不易受环境影响和干扰，能够精确测量掘进装备的位置信息。装备精确位置信息的确定，有利于操作人员掌握装备运行情况，有利于掘进设备的远程操作及控制。

技术领域

本发明涉及井下定位技术领域，具体是一种基于测距雷达的掘进装备导航定位方法。

背景技术

目前，现有的掘进装备定位技术主要有基于机器视觉、超宽带(UWB)、惯性导航等。基于机器视觉的掘进装备定位技术利用各类视觉传感器感知井下周围空间环境，具有机身位置姿态测量精度高、环境适应好等优点，但掘进装备机身坐标计算复杂，运算量大，需配合其他类型传感器进行辅助测量。基于超宽带的掘进装备定位技术可实现局部封闭空间的位置姿态实时感知，但存在算法角定位精度较差，误差大等问题。基于惯性导航的掘进装备定位技术具有姿态角度测量精度较高、测量过程独立非接触等优点，但无法直接确定装备机身位置，随时间推移存在累计误差且不断增大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种基于测距雷达的掘进装备导航定位方法，实现掘进设备精确位置信息定位，有利于操作人员掌握装备运行情况，有利于掘进设备的远程操作及控制。

本发明采取以下技术方案：一种基于测距雷达的掘进装备导航定位方法，包括：

建立当前开采的巷道坐标系，以巷道中线且与前进方向一致的方向建立Y轴，垂直于巷道中线和煤壁向右建立X轴，垂直于XOY平面竖直向上建立Z轴；

将全站仪设置于掘进装备后方的固定位置，其对应的目标棱镜设置于掘进设备机身上，且与全站仪通视的位置；同时在机身上对称的设置两个雷达，用于测量机身与巷道两帮的距离；

在掘进设备运行过程中，全站仪通过测量目标棱镜的位置，实时获取掘进设备的机身定位信息，记录机身位置坐标；通过雷达实时测量机身据两帮煤壁的距离；

根据两个雷达距离两帮煤壁的距离，对掘进设备的行进方向进行调整，以使掘进设备沿巷道中线行进。

其中，在全站仪通过测量目标棱镜的位置，实时获取掘进设备的机身定位信息，记录机身位置坐标；通过雷达实时测量机身据两帮煤壁的距离的步骤中，包括步骤：

掘进装备准备开始工作运行时，全站仪测量目标棱镜获得机身定位信息，记录当前机身位置坐标P₀(x₀,y₀,z₀)；

截割工作后，掘进设备机身两侧的测距雷达实时测量机身据两帮煤壁的距离，设机身测距雷达距左煤壁的距离为L₁，距右煤壁的距离为L₂，通过L₁和L₂的差值判断机身的偏差情况，记偏差L₁-L₂＝δ。

其中，设机身偏离巷道中线的偏差阈值为τ，当|δ|τ时，判定掘进设备机身在巷道中线附近，未发生明显偏差；当|δ|τ时，判定掘进设备机身偏离巷道中线，已发生明显偏差。

其中，当掘进设备机身在巷道中线未发生明显偏差时，即|δ|τ，则掘进设备仍按照当前前进方向行走，不需对当前方向进行调整；当设备机身在巷道中线发生明显偏差时，即|δ|τ，则需对当前前进方向进行调整。、