[发明专利]一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定方法和系统

说明书

本发明公开了一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定方法和系统，该方法的步骤包括：确定参照方向，并以参照方向为参考，在指定位置设置一全站仪，同时控制掘进机沿指定方向，以预设速度行进；在掘进机上设置特征点，控制全站仪在预设的时间点采集特征点的第一二维平面位置坐标，同时控制掘进机的惯性导航系统在与全站仪相同的时间点采集掘进机的第二二维平面位置坐标；通过分析第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标，进行数据分析，评价被测试惯性导航系统的二维定位精度。通过本发明，能够利用陀螺寻北经纬仪角秒级检测精度和全站仪毫米级检测精度完成对掘进机用惯性导航系统的厘米级定位精度标定。

技术领域

本发明涉及位置精度标定领域，尤其涉及一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定方法和系统。

背景技术

煤矿巷道截割过程中产生的大量粉尘、噪音和存在的极大安全隐患对掘进机自动化和无人化作业提出了迫切的要求，其中掘进机自动导航技术成为关键技术之一。惯性导航技术很好地解决了煤矿井下掘进机光电导航技术遇到的环境适应性问题，因此成为近年来行业内的研究热点。

《煤矿巷道成型规范》要求巷道边界偏差不超过-25mm～150mm，考虑到掘进机控制精度及悬臂的偏差放大作用，掘进机空间定位检测精度应达到厘米级，姿态和航向检测精度达到角分级才有可能实现《规范》要求的断面成型精度。

其他应用领域中，通常采用搭载卫星定位的车载试验验证和标定惯性导航系统定位精度，或者采用地形匹配或里程校准等方法，但难以进行厘米级精度验证，或只能进行行进距离验证而无法进行二维平面定位精度验证，而这正是掘进机导航定位所要求的。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定方法和系统。

本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定方法，该方法的步骤包括：确定参照方向，并以参照方向为参考，在指定位置设置一全站仪，同时控制掘进机沿指定方向，以预设速度行进；在掘进机上设置特征点，控制全站仪在预设的时间点采集特征点的第一二维平面位置坐标，同时控制掘进机的惯性导航系统在与全站仪相同的时间点采集掘进机的第二二维平面位置坐标；通过分析全站仪采集的第一二维平面位置坐标和掘进机的惯性导航系统采集的第二二维平面位置坐标，进行数据分析，评价惯性导航系统的二维定位精度。

其中，在确定参照方向的步骤中，还包括通过一陀螺寻北经纬仪确定正北方向的步骤。

其中，设陀螺寻北经纬仪位于O₁，O₁N₁为寻北仪获得的正北方向，O₁E₁为其东向；全站仪位于o₁，当陀螺寻北经纬仪与全站仪互相照准时，O₁、o₁连线相对陀螺寻北经纬仪正北方向O₁N₁的夹角为α，相对全站仪正北方向O₁N₂的夹角为β，此时设置全站仪水平角β＝α，则全站仪的参照方向及测量基准被设置为正北方向。

其中，在评价被测试惯性导航系统的二维定位精度的步骤中，包括步骤：

设(x_i,t,y_i,t)、(x_i+1,t,y_i+1,t)、...，(x_i+n,t,y_i+n,t)为分布在掘进机行进的直线轨迹上的n个测试位置的第一二维平面位置坐标，(x_i,I,y_i,I)、(x_i+1,I,y_i+1,I)、...，(x_i+n,I,y_i+n,I)为对应的第二二维平面位置坐标，则其拟合直线表达式分别为，