[发明专利]一种连采机惯性导航定位定向方法

说明书

本发明一种连采机惯性导航定位定向方法，通过惯导系统的测量，向上位机返回此时采煤机的位置信息和姿态，实时反映出采煤机工作时直线度的信息；捷联式惯性导航系统的光纤陀螺仪和加速度计直接采集采煤机在惯性空间的转动角速度的和线性加速度，经过积分运算得到轨道采煤机的运动速度、航线、姿态和位置信息。利用安装与采煤机行走部的里程计测量其行走速度与距离。且通过快速卡尔曼快速滤波算法对导航系统测得信息和里程计测得的信息进行融合。再以航位角推算原理解析出采煤机实时位置和姿态信息，根据实时位置和姿态信息对采煤机掘进方向进行实时修正，保证采煤机按照既定直线掘进。该方法测量结果精确，结构简单。

技术领域

本发明涉及一种连采机惯性导航定位定向方法，特别涉及一种惯性导航系 统和里程计组合的系统应用于露天煤矿连采机的定位定向算法。

背景技术

历史上由于我国煤矿安全事故频发，每年造成大量人员伤亡和巨额财产损 失。因此我国为解决煤矿事故发生，近年来提出发展智慧化矿山发展规划。其 中无人自动化开采称为其最重要的一个环节，而连采机及其他设备在开采中的 定位导航技术则是目前研究的热点。目前导航设备技术已经非常成熟，例如： 无线电导航、卫星定位、地理信息辅助定位、惯性导航等。因为矿井下复杂的 电磁工作环境，信号无法穿透岩层，上述被动式导航定位技术无法在井下工作。 惯性导航系统中的传感器—加速度计和陀螺仪利用牛顿第二定律和萨格纳克效 应等原理均对惯性力有反应，从而不利用任何外界信息的情况下确定载体加速 度和姿态的变化，进而进行导航定位。这种主动式导航定位方案，非常适合在 电磁环境复杂的矿井下工作。

发明内容

本发明是为了解决上述问题提出一种连采机惯性导航定位定向方法，尤其 是一种基于捷联惯导和里程计组合导航系统的连采机惯性导航定位定向方法。 采煤机从矿道口向前掘进时，通过惯导系统的测量，向上位机返回此时采煤机 的位置信息和姿态，从而实时的反映出采煤机工作时直线度的信息；捷联式惯 性导航系统的光纤陀螺仪和加速度计直接采集采煤机在惯性空间的转动角速度 的和线性加速度，经过积分运算得到轨道采煤机的运动速度、航线、姿态和位 置等信息。利用安装与采煤机行走部的里程计测量其行走速度与距离(标量， 行走方向由惯性导航装置确定)。并且通过改进型快速卡尔曼快速滤波算法对 导航系统测得信息和里程计测得的信息进行融合，以提高系统测量的精度和稳定性。再以航位角推算原理解析出采煤机实时位置和姿态信息，根据实时位置 和姿态信息对采煤机掘进方向进行实时修正，以保证采煤机按照既定直线掘进。

本发明一种连采机惯性导航定位定向方法，步骤如下：

步骤一：将捷联惯导系统和里程计分别安装在采煤机的顶部和运动部，并 确定采煤机的初始信息，包括初始东北天坐标系下位置坐标以及采煤机姿态信 息。

步骤二：晃动基座下，采用惯性系对准方法，确定采煤机的初始姿态信息， 即姿态矩阵初始值

步骤三：通过安装在采煤机运动部的里程计测量出采煤机的位移信息，并 在以一个采样周期T内的平均速度作为采煤机里程计输出的速度信息。

步骤四：惯导系统中光纤陀螺及加速度计实时测量采煤机运动角速度和加 速度信息，通过时间积分更新姿态矩阵及速度信息。

步骤五：根据惯导系统中光纤陀螺和加速度计测量的采煤机运动信息即煤 机运动角速度和加速度信息，得到系统状态方程。

步骤六：根据里程计输出的速度信息，得到系统量测方程。

步骤七：因为惯性导航测得速度信息是随时间发散的，里程计测得的速度 与时间无关系。使用快速卡尔曼滤波算法，对惯导系统测得速度信息和里程计 测得速度信息进行数据融合，得到更精确的采煤机速度信息。实时估计并修正 传感器(包括光纤陀螺和加速度计)误差、姿态误差及速度误差等。从而得到更 精确的采煤机运动信息即采煤机工作过程中的速度和姿态信息。