[发明专利]基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统及方法

权利要求书

1.一种基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统，其特征是：包括

可便携移动UWB基站台、UWB定位标签、惯性导航系统、轮速里程计；

所述的可便携移动UWB基站台为一台或者多台，布置于采煤机工作面轨迹两端；

所述的UWB定位标签、惯性导航系统、轮速里程计分别布置于采煤机上；

所述的可便携移动UWB基站台包括：长宽高已知的长方体刚性支架、布置在长方体刚性支架上的若干UWB基站，以及固连于长方体刚性支架的惯性测量单元，所述的惯性测量单元含IMU模块。

2.根据权利要求1所述一种基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统，其特征是：所述的IMU模块与长方体刚性支架固连，且IMU模块坐标系与支架坐标系严格重合。

3.一种根据权利要求1所述的基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统的采煤机定位修正方法，其特征是：可便携移动的UWB基站台投入辅助定位之前，首先对基站台进行坐标系对准，包括姿态对准和位移对准，过程如下：

姿态对准过程如下：通过基站台固连IMU模块，静态对准解算得支架坐标系相对于东北天坐标系的姿态转换矩阵，该矩阵将UWB基站在支架坐标系下三维坐标转换至东北天地理坐标系；

位移对准过程如下：通过采煤机机载惯性导航系统、轮速里程计组合导航系统和UWB定位标签，对UWB基站台支架坐标系进行位移对准，在起点处采煤机机载惯性导航系统完成初始对准解算后的初始位置与机载UWB定位标签解算的位置作差得的位移差分矢量即为起点位移补偿矢量；然后采煤机运行至工作面轨迹终点处，通过机载惯性导航系统、轮速里程计组合导航的解算位置与机载UWB定位标签解算位置计算出终点位移补偿矢量，将两端基站台的UWB基站坐标通过姿态对准矩阵和位移补偿矢量，便可转换至东北天地理坐标系。

4.根据权利要求3所述的采煤机定位修正方法，其特征是：

假设X_B为UWB基站在基站台坐标系下坐标，X_E为UWB基站在东北天地理坐标系下坐标，为基站台内置IMU模块静态对准解算的基站台坐标系和东北天地理坐标系姿态转换矩阵，Δb为位移补偿量，对准算法如下：

。

5.根据权利要求1所述的采煤机定位修正方法，其特征是：步骤如下：

步骤1）采煤机运行之前，首先将两台可便携移动UWB基站台分别放置于工作面轨迹两端，通过UWB基站台内置的IMU模块和采煤机机载惯性导航系统、轮速里程计组合导航系统、机载UWB定位标签对UWB基站台进行姿态对准和位移对准，将基站台UWB基站在支架坐标系的位置坐标转换到东北天地理坐标系；

步骤2）采煤机在截割运动过程中，惯性导航系统和轮速里程计进行实时融合定位解算，计算机保存实时解算的位姿及对应协方差数据；

步骤3）当采煤机运行至工作面轨迹末端时，采煤机机载UWB标签通过接收基站台UWB基站发送的无线信号完成精确位置解算；

步骤4）将保存的惯导/里程计组合位姿数据、协方差数据与通过UWB定位标签解算的位置数据，通过离线优化算法进行全局最优平滑解算，得到末端修正优化后的工作面轨迹解算值。

6.根据权利要求5所述的采煤机定位修正方法，其特征是：

步骤5）随着采煤机来回切割，工作面轨迹沿着煤壁方向不断推进，一旦采煤机离UWB基站台距离远至影响定位精度时，将工作面轨迹两端的UWB基站台沿工作面轨迹推进方向往前移动，若需移动UWB基站台则重复1）~4）步骤，若无需移动UWB基站台则重复2）~4）步骤。