[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

本發明公開了一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統及方法，包括防爆箱、捷聯慣導系統、處理器、固定支架和攝像頭；所述防爆箱固定安裝在采煤機的機身上，捷聯慣導系統和處理器安裝在防爆箱中，攝像頭通過固定支架固定在采煤機一側的液壓支架上，且攝像頭的拍攝方向朝著采煤機。利用攝像頭拍攝采煤機運動圖像，并結合光流技術得到采煤機的運動方向及其對地實際速度，通過捷聯慣導的比力方程推導出多矢量定姿方程，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。本發明利用外界速度輔助，無需經過粗對準階段，實現捷聯慣導的動基座精確初始對準。

技術領域

本發明涉及一種采煤機初始對準系統及方法，具體是一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統及方法。

背景技術

煤炭是當今世界分布最廣泛、儲量最多的能源資源，一直在世界能源系統中占主導地位。煤炭是我國國民經濟的基礎能源和原料，占一次能源的70％左右，雖然近年來國家號召節能減排、鼓勵開發新能源，但以煤為主的能源結構在國家經濟生產活動中占據重要作用。因此，煤炭工業能否健康、穩定發展對于我國的能源安定和經濟發展具有重要意義。

為了實現采礦“三機”的聯動，對采煤機的空間位置及姿態進行準確檢測，即對采煤機進行空間動態定位具有重要意義。為了實現采煤機位置及姿態檢測,有學者提出了采煤機慣性導航定位方法。捷聯慣性導航系統是指將陀螺儀和加速度計直接固定在運載體上,利用陀螺儀和加速度計等慣性敏感器件對運行載體三軸角速度和三軸加速度信息進行實時測量,結合運行載體初始慣性信息,通過高速積分獲得運動載體的姿態、速度及位置等導航信息。捷聯慣性導航系統在工作時不依賴外界信息,也不向外界輻射能量,不易受到干擾破壞,是一種自主式導航系統,具有數據更新率高、數據全面以及短時定位精度高等優點。該方法利用外界速度輔助，無需經過粗對準階段，實現捷聯慣導的動基座精確初始對準問題。

慣性導航系統在開始工作前，首先要進行導航信息的初始化，其中，獲得初始姿態信息的過程叫做初始對準，然而由于采煤機在工作的過程中容易受到干擾,導致采煤機機體的晃動，從而使陀螺儀原本對地球自轉角速度的檢測容易被機體的運動角速度掩蓋，因此傳統的解析法初始對準誤差太大甚至不可用，采用基于慣性系的初始對準具有更好的抗角晃動干擾的能力。

采用慣性系初始對準的算法需要得到采煤機的對地速度，傳統的視頻測速算法有背景差法、幀差法、光流法等。由于背景差分法不能很好地適應場景變化，幀差法不能完整地提取所有相關特征點的狀態，得到的不是純背景圖像，進而導致檢測結果不精確，不利于目標分析與速度檢測。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統及方法，無需經過粗對準階段，提高對采煤機動基座精確初始對準誤差的修正，從而實現捷聯慣導的動基座精確初始對準。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于光流法的采煤機捷聯慣導初始對準系統，包括防爆箱、捷聯慣導系統、處理器、固定支架和攝像頭；所述防爆箱固定安裝在采煤機的機身上，捷聯慣導系統和處理器安裝在防爆箱中，攝像頭通過固定支架固定在采煤機一側的液壓支架上，且攝像頭的拍攝方向朝著采煤機。

進一步，所述處理器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。

進一步，所述處理器中微處理單元模塊選用的是TI公司的DSP芯片。

進一步，所述防爆箱為煤礦專用防爆箱。

進一步，所述攝像頭與固定支架為鉸接。

進一步，所述的捷聯慣導系統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。