[發(fā)明專利]用于測量載體姿態(tài)信息的礦用導(dǎo)航慣性測量系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105277196A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李光輝;陳斌
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶華渝電氣集團有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李玉盛;李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)涉及礦用導(dǎo)航的慣性測量系統(tǒng)，特別涉及一種用于測量載體姿態(tài)信息的礦用導(dǎo)航慣性測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航(InenialNavigation)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的完全自主式的導(dǎo)航技術(shù)。它是通過慣性測量組件(IMU)測量載體相對慣性空間的角速度和加速度信息，從而確定運載體的位置、姿態(tài)和速度。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)既不向載體外發(fā)射信號，也不從外部接收信號，具有完全自主、全天候、隱蔽性好、抗干擾能力強、輸出信息量大、輸出信息實時性強的特點；它的這些特點使其廣泛應(yīng)用于航天、航空、航海等軍事領(lǐng)域。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心是慣性測量單元(IMU)，IMU主要由一個三軸一體陀螺或者三個彼此正交的陀螺(簡稱陀螺)、三個兩兩正交的加速度計(簡稱加表)為核心慣性器件組成敏感單元，陀螺敏感載體旋轉(zhuǎn)角速度或角度信息，加表敏感重力加速度信息，將這些信息輸入導(dǎo)航解算板進行解算，得到載體的姿態(tài)信息，即航向角和水平角，其中航向角主要由水平方向的兩個陀螺尋北得出，水平角的初始值主要由加速度計敏感的重力加速度分量進行換算。

上述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)敏感靈敏，能夠運用于航空、航海等領(lǐng)域。但與此對應(yīng)的，它的價格非常昂貴，該慣性測量單元需要三個軸向的陀螺或者一個三軸一體的陀螺，還需要三個加速度計組成，而一個加速度計的價格很可能上萬。然而，加速度計在IMU的運用只是在初始尋北的時候才能用到，待尋北完成后，加速度計則沒有任何運用價值。因此造成了加速度計成本高、運用低的現(xiàn)象。對于一些精確度要求并非那么高的領(lǐng)域，例如礦用領(lǐng)域，挖礦機只需要找到礦的位置即可，而礦本身占的面積大，所以對導(dǎo)航的IMU的敏感靈敏度并不像航空航海領(lǐng)域那么高。

并且，傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)需要三個加表，加速度計到水平角的解算模塊，加表供電需要+15V，需要二次電源提供+15V電源，功耗較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供了一種成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單用于測量載體姿態(tài)信息的礦用導(dǎo)航慣性測量系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種用于測量載體姿態(tài)信息的礦用導(dǎo)航慣性測量系統(tǒng)，包括：

傾角傳感器，用于在第一時間靜態(tài)敏感載體的水平角的初始值，并將靜態(tài)敏感到的載體的水平角的初始值輸出至水平角解算模塊；

三軸陀螺，用于在所述第一時間敏感載體的X軸、Y軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息并輸出至航向角解算模塊，還用于敏感所述第一時間至第二時間段的載體的航向角的X軸、Y軸以及Z軸旋轉(zhuǎn)角速度信息，將敏感到的X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息輸出至所述水平角解算模塊，以及將Z軸旋轉(zhuǎn)角速度信息輸出至航向角解算模塊；

所述水平角解算模塊，用于接收所述傾角傳感器敏感到的載體的水平角的初始值以及三軸陀螺敏感到的第一時間至第二時間段的載體的X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息，并根據(jù)所述載體的水平角的初始值以及第一時間至第二時間段的載體的X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息解算出第二時間的載體的水平角信息，并輸出該第二時間的載體的水平角信息；以及

所述航向角解算模塊，用于接收所述三軸陀螺在在所述第一時間敏感到的X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息以及所述第一時間至第二時間段的Z軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息，根據(jù)所述X軸和Y軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息解算航向角的初始值，并根據(jù)所述航向角的初始值以及第一時間至第二時間段的Z軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息解算第二時間的航向角信息，并輸出該第二時間的載體的航向角信息。

進一步的，所述水平角解算模塊用于根據(jù)以下公式解算得到第二時間的載體的水平角信息：

其中，所述表示傾角傳感器靜態(tài)敏感到的水平角的初始值，所述ω_y,x(T)表示三軸陀螺在T時刻的Y軸，X軸的旋轉(zhuǎn)角速度信息。

進一步的，所述航向角解算模塊用于根據(jù)以下公式解算得到第二時間的載體的航向角信息：

其中，所述θ_h(t)表示根據(jù)三軸陀螺在第一時間敏感到的X軸和Y軸靜態(tài)旋轉(zhuǎn)角速度信息解算的航向角初始值，所述ω_z(T)表示三軸陀螺在T時刻Z軸輸出的旋轉(zhuǎn)角速度信息。

進一步的，所述三軸陀螺為三軸一體陀螺或者三個單軸陀螺或者兩個撓性陀螺。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種礦用導(dǎo)航慣性測量系統(tǒng)測量載體姿態(tài)信息的方法，包括以下步驟：

利用傾角傳感器在第一時間靜態(tài)敏感載體的水平角的初始值；