[发明专利]基于RTK-GNSS及全站仪的采煤机定位标定系统及应用方法

权利要求书

1.一种基于RTK-GNSS及全站仪的采煤机定位标定系统，其特征是：包括RTK-GNSS基准站、RTK-GNSS移动站、全站仪、棱镜、惯性导航系统、轮速里程计和计算机；惯性导航系统、轮速里程计、棱镜分别安装在采煤机机身上；RTK-GNSS基准站布置在测试场地开阔场景处，可接收到多颗GNSS卫星数；RTK-GNSS移动站安装于采煤机机身上方并且确保当前场景可接收卫星星数足够进行实时动态载波相位差分定位解算，RTK-GNSS基准站与RTK-GNSS移动站之间通过数传设备进行差分数据传输；全站仪安装在采煤机出厂标定测试的轨道附近，通过对安装在采煤机机身上的棱镜进行实时跟瞄，计算采煤机在全站仪坐标系下坐标值；惯性导航系统数据、轮速里程计数据、RTK-GNSS移动站定位解算数据以及全站仪跟瞄解算数据发送至计算机，在计算机内完成惯性导航设备安装偏差角、轮速里程计标度因子标定估计。

2.一种根据权利要求1所述的一种基于RTK-GNSS及全站仪的采煤机定位标定系统的应用方法，其特征是：首先对全站仪输出数据进行坐标转换标定，将全站仪输出全站仪坐标系下定位数据转换到东北天参考坐标系下，步骤如下：

步骤（1）采煤机在直线轨道处从起点以0~1 m/s的速度匀速运行至终点，并在终点停留一段时间，保存运行过程中RTK-GNSS定位数据和全站仪解算的定位数据；

步骤（2）根据RTK-GNSS终点位置数据和全站仪终点位置数据，经平滑处理后，通过坐标转换算法解算出全站仪坐标系与东北天地理坐标系之间的坐标转换矩阵粗值；

步骤（3）根据RTK-GNSS整体轨迹数据和全站仪整体轨迹数据，在坐标转换矩阵粗值的基础上，进一步迭代优化得到全站仪坐标系与东北天地理坐标系之间的坐标转换矩阵精确值。

3.根据权利要求2所述的应用方法，其特征是：惯性导航系统输出安装标定前的角速率、加速度数据，构建包含安装偏差角状态的捷联解算方程，基于捷联解算方程进行位置、速度、姿态、安装偏差角推算，然后输出到EKF标定解算滤波器，作为滤波器状态预估信息；轮速里程计输出含标度偏差的轮速数据到EKF标定解算滤波器，作为第一组观测数据；RTK-GNSS移动站输出RTK-GNSS速度数据到EKF标定解算滤波器，作为第二组观测数据； 全站仪跟瞄解算位置与RTK-GNSS移动站输出的RTK-GNSS位置进行全站仪坐标转换统一，再结合RTK-GNSS移动站输出的定位置信度将两者进行加权融合，得到全站仪及RTK-GNSS位置融合数据，输出到EKF标定解算滤波器，作为第三组观测数据；最后由EKF标定解算滤波器输出IMU安装偏差角、轮速标度因子、融合位置、融合速度、融合姿态。

4.根据权利要求3所述的应用方法，其特征是：惯性导航系统输出安装标定前的三轴角速率数据和三轴加速度数据，基于惯性导航系统输出的数据编排包含惯导安装偏差角状态、位置、速度、姿态、惯导零偏等状态在内的捷联解算推算方程作为EKF标定解算滤波器状态预估过程，基于该捷联解算方程推算的位置、速度、姿态、安装偏差角状态值即为EKF标定滤波器的状态预估信息。

5.根据权利要求3所述的应用方法，其特征是：轮速里程计输出含标度偏差的轮速数据到EKF标定解算滤波器，作为EKF标定滤波器的第一组观测数据，在EKF标定滤波解算过程中能协助惯导安装偏差角状态、位置、速度、姿态、惯导零偏等状态精确估计。

6.根据权利要求3所述的应用方法，其特征是：RTK-GNSS移动站输出RTK-GNSS速度数据到EKF标定解算滤波器，作为第二组观测数据，在EKF标定滤波解算过程中能协助惯导安装偏差角状态、位置、速度、姿态、惯导零偏等状态精确估计。

7.根据权利要求3所述的应用方法，其特征是：全站仪跟瞄解算位置与RTK-GNSS移动站输出的RTK-GNSS位置进行全站仪坐标转换统一，再结合RTK-GNSS移动站输出的定位置信度将两者进行加权融合，得到全站仪及RTK-GNSS位置融合数据，输出到EKF标定解算滤波器，作为第三组观测数据，第三组观测数据在EKF标定滤波解算过程中能使惯导安装偏差角状态、位置、速度、姿态、惯导零偏状态得到精确估计。