[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

说明书

本发明公开了一种基于RTK‑GNSS及全站仪的采煤机定位标定系统及应用方法，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；RTK‑GNSS移动站安装于采煤机机身上方，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。

技术领域

本发明涉及基于惯性导航系统的采煤机工作面检测，具体涉及一种基于RTK-GNSS（Real-Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems）/全站仪融合数据的采煤机定位设备标定系统及应用方法。

背景技术

“煤矿三机”指煤矿综采工作面的采煤机、刮板输送机及液压支架三种机械。采煤机和液压支架调高范围要适应煤层厚度及变化，液压支架移架要跟得上采煤机的牵引速度。采煤机依靠刮板输送机导向并在其上移动，刮板输送机依靠液压支架推移，液压支架又靠刮板输送机支承而移动。

为了实现“煤矿三机”的联动,对采煤机的空间位置及姿态进行准确检测,即对采煤机进行空间动态定位具有重要意义。为了实现采煤机位置及姿态检测,有学者提出了采煤机惯性导航定位方法。捷联惯性导航系统（Strap-down Inertial Navigation System）是指将陀螺仪和加速度计直接固定在运载体上,利用陀螺仪和加速度计等惯性敏感器件对运行载体三轴角速度和三轴加速度信息进行实时测量,结合运行载体初始惯性信息,通过高速积分获得运动载体的姿态、速度及位置等导航信息。捷联惯性导航系统在工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰破坏,是一种自主式导航系统,具有数据更新率高、数据全面以及短时定位精度高等优点。

但同时,在基于惯性导航与里程计融合的组合导航方案中，惯性导航设备的安装偏差角和轮速里程计的标度因子误差对高精度惯导/轮速航位推算精度影响较大。在实际运行过程中，即便运用高精度光纤惯组也有可能因为设备安装角度偏差影响，从而导致最终工作面轨迹测量精度不够理想；另外轮速标度因子若不够准确，则会放大轨迹数据在纵向的解算误差。因此有必要在采煤机投入运行之前，对惯性设备的安装偏差角和轮速里程计标度因子进行有效标定。

CN205280095U公开了一种采煤机惯性导航定位误差校准装置，其具体方法是通过一组RTK-GNSS基准站和RTK-GNSS移动站高精度测量采煤机的起终点坐标值，按直线跑车标定计算IMU（惯性测量单元）安装偏差角，该方法并未考虑单独考虑RTK-GNSS定位解算精度易受外界干扰影响，从而导致标定解算效果打折扣。

发明内容

针对基于惯性导航系统的采煤机工作面检测方案中，惯性导航设备的安装偏差角和轮速里程计标度因子误差会严重影响最终工作面轨迹检测精度问题，本发明提供一种基于RTK-GNSS及全站仪的采煤机定位标定系统及应用方法，通过将RTK-GNSS定位数据与全站仪跟瞄解算定位数据标定融合，产生精度和稳定性优于RTK-GNSS的东北天地理坐标系下的定位数据，以此为外部观测量在EKF（扩展卡尔曼滤波）算法框架下对惯性导航设备安装偏差角和轮速里程计标度因子进行估计解算。