[发明专利]煤矿井下自动驾驶车辆精确定位系统及其定位方法

说明书

本发明公开了一种煤矿井下自动驾驶车辆精确定位系统及其定位方法，定位系统具有UWB定位系统、超声波雷达、矿井GIS地理信息系统、UWB定位卡以及IMU，将UWB定位系统、超声波雷达以及矿井GIS地理信息系统三者进行融合形成类GNSS定位算法，得到自动驾驶车辆在煤矿井下的三维坐标，将UWB定位卡、超声波雷达以及IMU均安装在自动驾驶车辆上，将类GNSS定位算法与IMU相互结合，IMU得到的数据作为卡尔曼滤波的先验信息，类GNSS定位算法得到的数据作为矫正信息，利用各自的优点，可以有效提高定位精度。

技术领域

本发明涉及煤矿井下定位方法的技术领域，尤其是一种煤矿井下自动驾驶车辆精确定位系统及其定位方法。

背景技术

为满足煤矿井下无人化、少人化的目标，煤矿井下自动驾驶车辆是很重要的一环。地面上自动驾驶车辆定位感知系统有基于激光雷达的SLAM(同步定位与建图)、GNSS-IMU融合惯导、基于机器视觉的VSLAM(基于视觉的SLAM)等，但由于煤矿井下无卫星信号，路线多变(巷道多)，缺少高精地图中的特征(每个巷道的情况都相似，所以才没有特征)，长廊效应(声波、光波等在隧道中多次反射形成干扰)以及有特殊的安全要求(煤矿井下功率限制，本安防爆等安全要求)，目前无成熟的适用于煤矿井下自动驾驶车辆的定位与感知系统。

地面自动驾驶车辆定位感知系统中，GNSS-IMU是GNSS与INS(惯性导航系统)组合构成的GNSS/INS紧组合系统取各子系统之长：高精度GNSS信息作为外部输入，在运动过程中频繁修正INS，以控制其误差随时间的积累；而短时间内高精度的INS定位结果可以很好的解决GNSS动态环境中的信号失锁和周跳问题；不仅如此，INS还可以辅助GNSS接收机增强抗干扰能力；当信噪比低到一定程度时，GNSS接收机将不能正常工作，这时惯导系统可以独立进行导航定位；当GNSS信号条件显著改善到允许跟踪时，惯导系统向GNSS接收机提供有关的初始位置、速度等信息，以供接收机迅速获取GNSS码和载波；惯导系统信号也可用来辅助GNSS接收机天线的方向瞄准GNSS卫星，从而减少了干扰对系统工作的影响；另外，惯性导航系统(INS)可提高GNSS接收机的跟踪能力；INS高频输出的导航信息，可以很好的反映载体的动态行为，利用此信息辅助GNSS跟踪回路，就可以使由载体动态行为所引起的跟踪误差显著减小，这样就可以减小回路带宽，从而进一步减弱噪声引起的跟踪误差。

现有的煤矿井下定位系统主要是ZigBee(紫峰)、UWB(超宽带)等室内定位技术，但是精度与更新频率都满足不了自动驾驶车辆要求，其中，UWB的精度通常为1～10m，UWB的更新频率大致为5Hz。显然，UWB最大的缺点就是不够精准，其米级的精确度不能满足自动驾驶车辆的需求。目前，煤矿井下UWB定位基本是给出一维距离，无法与IMU(惯性测量单元)进行融合。另外，现有井下自动驾驶车辆定位感知技术的缺点是无法使用GNSS，而且感知设备功率大，非本安，现在还尚无成熟的满足所有条件的井下自动驾驶系统，地面上的已经相对成熟了。自动驾驶车辆定位感知技术的缺点是无法使用GNSS，而且感知设备功率大，非本安。由于煤矿井下的特殊环境，如感知盲区多、距离近、无法使用GNSS，也就无法对煤矿井下自动驾驶车辆进行精准定位，地面上的自动驾驶车辆技术无法直接移植到煤矿井下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种煤矿井下自动驾驶车辆精确定位系统及其定位方法，将UWB定位系统、超声波雷达以及矿井GIS地理信息系统三者进行融合形成类GNSS定位算法，并将类GNSS定位算法与IMU相互结合，IMU得到的数据作为卡尔曼滤波的先验信息，类GNSS定位算法得到的数据作为矫正信息，利用各自的优点，可以有效提高定位精度。