[发明专利]一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统及方法

权利要求书

1.一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统的方法，其特征在于，采用的采煤机捷联惯导初始对准系统包括防爆箱(2)、捷联惯导系统(3)、处理器(4)、固定支架(6)和摄像头(7)；所述防爆箱(2)固定安装在采煤机(1)的机身上，捷联惯导系统(6)和处理器(4)安装在防爆箱(2)中，摄像头(7)通过固定支架(6)固定在采煤机(1)一侧的液压支架(5)上，且摄像头(7)的拍摄方向朝着采煤机(1)，具体步骤为：

A、摄像头(7)对采煤机(1)所处的环境拍摄图像，摄像机帧率为25帧/s，并将已拍摄的图像传递给处理器(4)；

B、处理器(4)采用图像灰度模式将已拍摄的图像进行灰度处理，当采煤机(1)在拍摄环境中移动时，拍摄的目标图像发生变化，图像灰度模式的表面运动为光流，根据采煤机1的运动场和光流场的关系，由运动主方向原理，确定出采煤机(1)移动的方向；

C、利用Lucas-Kanade光流法计算采煤机(1)在图像中移动的光流速度，并将计算得出的图像中光流速度转化为采煤机(1)的对地实际速度，记作v^b，得到采煤机(1)运动方向上的速度信息；

D、利用捷联惯导的比力系方程，将比力信息投影到惯性坐标系，得到比力相对于惯性空间随地球旋转而引起的方向变化信息，具体比力系方程为：

其中为机体系的角速度、为地球的自转角速度在机体系的投影，v^b(t)为采煤机对地速度，为加速度计在机体系测量的比力，g^b为机体系的重力加速度；

然后结合步骤C得出的采煤机(1)对地速度，将比力系方程两边同时乘以矩阵，经过整理得到：

其中记：

得到多矢量定姿方程，如下式：

其中，为常值矩阵；

E、选择m个不同积分时刻，在三维空间中构造m个不共面的矢量：

其中，为最优姿态矩阵；为不同积分时刻采煤机的对地速度；

最后采用Whaba最优矩阵即可求解出捷联惯导的初始姿态矩阵，实现捷联惯导系统的初始对准。

2.根据权利要求1所述的一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统的方法，其特征在于，所述处理器(4)包括微处理单元模块、通信模块、报警模块、数据存储模块、隔离电路和供电模块，微处理单元模块分别与通信模块、报警模块、数据存储模块、隔离电路和供电模块相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统的方法，其特征在于，所述处理器(4)中微处理单元模块选用的是TI公司的DSP芯片。

4.根据权利要求2所述的一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统的方法，其特征在于，所述防爆箱(2)为煤矿专用防爆箱。

5.根据权利要求2所述的一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统的方法，其特征在于，所述摄像头(7)与固定支架(6)为铰接。

6.根据权利要求2所述的一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统的方法，其特征在于，所述的捷联惯导系统(3)采用激光捷联惯导系统，其中激光陀螺的随机漂移稳定性为0.01°/h，加速度计的零偏稳定性为10^-5g。