[发明专利]一种地面下采掘移动设备用惯性导航定位系统与定位方法

摘要

一种地面下采掘移动设备用惯性导航定位系统和定位方法，包括三轴一体光纤惯性测量装置、上位机综合显示与控制装置和电源，设有里程仪和光电摄像头，里程仪与三轴一体光纤惯性测量装置、上位机综合显示与控制装置相连接，并固定安装在地面下采掘移动设备的驱动系统上，光电摄像头通过固定支架铰接固定在地面下采掘移动设备一侧的液压支架上，拍摄方向朝着地面下采掘移动设备运行方向，方法包括采用里程仪测量的地面下采掘移动设备位姿信息，通过惯性导航算法对惯性测量装置的测量误差进行校正。在不需要大幅度提高成本的前提下实现大幅度提高地面下采掘移动设备的导航测量精度，以及地面下采掘移动设备的工作效率和安全性，可以适应无人操作需要。

主权项

1.一种地面下采掘移动设备用惯性导航定位系统，包括三轴一体光纤惯性测量装置，所述三轴一体光纤惯性测量装置由三个高精度光学陀螺仪、三个加速度计和微处理器组成，三个高精度光学陀螺仪和三个加速度计按照地面下采掘移动设备的站心直角坐标系的X、Y、Z轴精确组合，固定连接在地面下采掘移动设备上，所述三轴一体光纤惯性测量装置在进入测量工作状态之前进行初始对准，将地面下采掘移动设备的站心直角坐标系的位姿信息变换到惯性导航定位系统的导航测量坐标系，确定站心直角坐标系与导航测量坐标系合成，所述三个高精度光学陀螺仪和三个加速度计是惯性敏感器件，分别对地面下采掘移动设备的站心直角坐标系的X、Y、Z轴三个方向的移动实时角速率、实时加速度进行测量，并将测量值传送所述微处理器，所述微处理器采用惯性导航算法进行解算，计算包括航向角、俯仰角和横滚角的姿态角，将三个加速度计测量的站心直角坐标系的比力分量转换到导航测量坐标系下，在导航测量坐标系下通过积分求解比力方程，得到地面下采掘移动设备相对地球的速度，在站心直角坐标系下由地面下采掘移动设备相对地球的速度积分得到地面下采掘移动设备的位姿信息，以及采用卡尔曼滤波器对所述三轴一体光纤惯性测量装置的测量误差进行校正，所述三轴一体光纤惯性测量装置还通过零速校正算法消除系统的累积误差；还包括上位机综合显示与控制装置，所述上位机综合显示与控制装置包括导航计算机和触摸屏，导航计算机通过通讯接口与所述微处理器连接，建立数据通讯，根据三轴一体光纤惯性测量装置的定位结果进行轨迹拟合，结合惯导粗对准后的误差模型建立状态方程，进行滤波融合，经数据融合运算定位，得到地面下采掘移动设备的运行轨迹，触摸屏通过图形、图表显示包括采掘深度、轨道偏差，以及包括航向角、俯仰角和横滚角的姿态角的位姿信息，还显示地面下采掘移动设备的水平运行曲线，以及实际运行过程中的偏航角，通过轨迹拟合算法与预定采掘轨迹比较迭代取值，结合地面下采掘移动设备支架布局迭代计算每个支架的偏差量，同时，对地面下采掘移动设备实现定位控制，地面下采掘移动设备依靠自适应功能沿着定位控制的轨道运行和工作；还包括电源；其特征在于：还设有里程仪，所述里程仪分别通过通讯接口与所述三轴一体光纤惯性测量装置、所述上位机综合显示与控制装置相连接，并固定安装在地面下采掘移动设备的驱动系统上，测量地面下采掘移动设备包括移动距离和速度的实时位姿信息，并将实时位姿信息通过通讯接口传送所述上位机综合显示与控制装置，里程仪与三个高精度光学陀螺仪构成航位推算系统，采用里程仪测量的地面下采掘移动设备位姿信息，通过惯性导航算法对三轴一体光纤惯性测量装置的测量误差进行校正，所述三个高精度光学陀螺仪、三个加速度计通过里程仪提供的精确位姿信息进行误差补偿，以提高姿态导航解算的精度，在卫星导航无法探测的地面下，采用里程仪引入地面下采掘移动设备的地理坐标信息融合定位，实现地面下采掘移动设备的精确定位和运动轨迹解算，大幅度提高地面下采掘移动设备的导航测量精度；还设有光电摄像头，所述光电摄像头通过固定支架铰接固定在地面下采掘移动设备一侧的液压支架上，且光电摄像头的拍摄方向朝着地面下采掘移动设备运行方向，光电摄像头对地面下采掘移动设备所处的工作面环境拍摄图像，拍摄频率为25帧/s，并将已拍摄的图像传送所述微处理器，当地面下采掘移动设备在拍摄环境中移动时，拍摄的目标图像发生变化，根据地面下采掘移动设备的移动方向确定其移动方向，进行定位。