[發明專利]一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統及方法

有效

• 申請號: 201810540173.0
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108592951B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 李威;陳宇鳴;王禹橋;楊雪鋒;范孟豹;鞠錦勇;路恩;盛連超;王超;夏婷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 張旭

1.一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統的方法，其特征在于，采用的采煤機捷聯慣導初始對準系統包括防爆箱(2)、捷聯慣導系統(3)、處理器(4)、固定支架(6)和攝像頭(7)；所述防爆箱(2)固定安裝在采煤機(1)的機身上，捷聯慣導系統(6)和處理器(4)安裝在防爆箱(2)中，攝像頭(7)通過固定支架(6)固定在采煤機(1)一側的液壓支架(5)上，且攝像頭(7)的拍攝方向朝著采煤機(1)，具體步驟為：

A、攝像頭(7)對采煤機(1)所處的環境拍攝圖像，攝像機幀率為25幀/s，并將已拍攝的圖像傳遞給處理器(4)；

B、處理器(4)采用圖像灰度模式將已拍攝的圖像進行灰度處理，當采煤機(1)在拍攝環境中移動時，拍攝的目標圖像發生變化，圖像灰度模式的表面運動為光流，根據采煤機1的運動場和光流場的關系，由運動主方向原理，確定出采煤機(1)移動的方向；

C、利用Lucas-Kanade光流法計算采煤機(1)在圖像中移動的光流速度，并將計算得出的圖像中光流速度轉化為采煤機(1)的對地實際速度，記作v^b，得到采煤機(1)運動方向上的速度信息；

D、利用捷聯慣導的比力系方程，將比力信息投影到慣性坐標系，得到比力相對于慣性空間隨地球旋轉而引起的方向變化信息，具體比力系方程為：

其中為機體系的角速度、為地球的自轉角速度在機體系的投影，v^b(t)為采煤機對地速度，為加速度計在機體系測量的比力，g^b為機體系的重力加速度；

然后結合步驟C得出的采煤機(1)對地速度，將比力系方程兩邊同時乘以矩陣，經過整理得到：

其中記：

得到多矢量定姿方程，如下式：

其中，為常值矩陣；

E、選擇m個不同積分時刻，在三維空間中構造m個不共面的矢量：

其中，為最優姿態矩陣；為不同積分時刻采煤機的對地速度；

最后采用Whaba最優矩陣即可求解出捷聯慣導的初始姿態矩陣，實現捷聯慣導系統的初始對準。

2.根據權利要求1所述的一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統的方法，其特征在于，所述處理器(4)包括微處理單元模塊、通信模塊、報警模塊、數據存儲模塊、隔離電路和供電模塊，微處理單元模塊分別與通信模塊、報警模塊、數據存儲模塊、隔離電路和供電模塊相連。

3.根據權利要求2所述的一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統的方法，其特征在于，所述處理器(4)中微處理單元模塊選用的是TI公司的DSP芯片。

4.根據權利要求2所述的一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統的方法，其特征在于，所述防爆箱(2)為煤礦專用防爆箱。

5.根據權利要求2所述的一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統的方法，其特征在于，所述攝像頭(7)與固定支架(6)為鉸接。

6.根據權利要求2所述的一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統的方法，其特征在于，所述的捷聯慣導系統(3)采用激光捷聯慣導系統，其中激光陀螺的隨機漂移穩定性為0.01°/h，加速度計的零偏穩定性為10^-5g。