[发明专利]一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统及方法，包括防爆箱、捷联惯导系统、处理器、固定支架和摄像头；所述防爆箱固定安装在采煤机的机身上，捷联惯导系统和处理器安装在防爆箱中，摄像头通过固定支架固定在采煤机一侧的液压支架上，且摄像头的拍摄方向朝着采煤机。利用摄像头拍摄采煤机运动图像，并结合光流技术得到采煤机的运动方向及其对地实际速度，通过捷联惯导的比力方程推导出多矢量定姿方程，最后采用Whaba最优矩阵即可求解出捷联惯导的初始姿态矩阵，实现捷联惯导系统的初始对准。本发明利用外界速度辅助，无需经过粗对准阶段，实现捷联惯导的动基座精确初始对准。

主权项

1.一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统的方法，其特征在于，采用的采煤机捷联惯导初始对准系统包括防爆箱(2)、捷联惯导系统(3)、处理器(4)、固定支架(6)和摄像头(7)；所述防爆箱(2)固定安装在采煤机(1)的机身上，捷联惯导系统(6)和处理器(4)安装在防爆箱(2)中，摄像头(7)通过固定支架(6)固定在采煤机(1)一侧的液压支架(5)上，且摄像头(7)的拍摄方向朝着采煤机(1)，具体步骤为：A、摄像头(7)对采煤机(1)所处的环境拍摄图像，摄像机帧率为25帧/s，并将已拍摄的图像传递给处理器(4)；B、处理器(4)采用图像灰度模式将已拍摄的图像进行灰度处理，当采煤机(1)在拍摄环境中移动时，拍摄的目标图像发生变化，图像灰度模式的表面运动为光流，根据采煤机1的运动场和光流场的关系，由运动主方向原理，确定出采煤机(1)移动的方向；C、利用Lucas‑Kanade光流法计算采煤机(1)在图像中移动的光流速度，并将计算得出的图像中光流速度转化为采煤机(1)的对地实际速度，记作v^b，得到采煤机(1)运动方向上的速度信息；D、利用捷联惯导的比力系方程，将比力信息投影到惯性坐标系，得到比力相对于惯性空间随地球旋转而引起的方向变化信息，具体比力系方程为：其中为机体系的角速度、为地球的自转角速度在机体系的投影，v^b(t)为采煤机对地速度，为加速度计在机体系测量的比力，g^b为机体系的重力加速度；然后结合步骤C得出的采煤机(1)对地速度，将比力系方程两边同时乘以矩阵，经过整理得到：其中记：得到多矢量定姿方程，如下式：其中，为常值矩阵；E、选择m个不同积分时刻，在三维空间中构造m个不共面的矢量：其中，为最优姿态矩阵；为不同积分时刻采煤机的对地速度；最后采用Whaba最优矩阵即可求解出捷联惯导的初始姿态矩阵，实现捷联惯导系统的初始对准。