[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

说明书

本发明公开了一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统及方法，包括防爆箱、捷联惯导系统、处理器、固定支架和摄像头；所述防爆箱固定安装在采煤机的机身上，捷联惯导系统和处理器安装在防爆箱中，摄像头通过固定支架固定在采煤机一侧的液压支架上，且摄像头的拍摄方向朝着采煤机。利用摄像头拍摄采煤机运动图像，并结合光流技术得到采煤机的运动方向及其对地实际速度，通过捷联惯导的比力方程推导出多矢量定姿方程，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。本发明利用外界速度辅助，无需经过粗对准阶段，实现捷联惯导的动基座精确初始对准。

技术领域

本发明涉及一种采煤机初始对准系统及方法，具体是一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统及方法。

背景技术

煤炭是当今世界分布最广泛、储量最多的能源资源，一直在世界能源系统中占主导地位。煤炭是我国国民经济的基础能源和原料，占一次能源的70％左右，虽然近年来国家号召节能减排、鼓励开发新能源，但以煤为主的能源结构在国家经济生产活动中占据重要作用。因此，煤炭工业能否健康、稳定发展对于我国的能源安定和经济发展具有重要意义。

为了实现采矿“三机”的联动，对采煤机的空间位置及姿态进行准确检测，即对采煤机进行空间动态定位具有重要意义。为了实现采煤机位置及姿态检测,有学者提出了采煤机惯性导航定位方法。捷联惯性导航系统是指将陀螺仪和加速度计直接固定在运载体上,利用陀螺仪和加速度计等惯性敏感器件对运行载体三轴角速度和三轴加速度信息进行实时测量,结合运行载体初始惯性信息,通过高速积分获得运动载体的姿态、速度及位置等导航信息。捷联惯性导航系统在工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰破坏,是一种自主式导航系统,具有数据更新率高、数据全面以及短时定位精度高等优点。该方法利用外界速度辅助，无需经过粗对准阶段，实现捷联惯导的动基座精确初始对准问题。

惯性导航系统在开始工作前，首先要进行导航信息的初始化，其中，获得初始姿态信息的过程叫做初始对准，然而由于采煤机在工作的过程中容易受到干扰,导致采煤机机体的晃动，从而使陀螺仪原本对地球自转角速度的检测容易被机体的运动角速度掩盖，因此传统的解析法初始对准误差太大甚至不可用，采用基于惯性系的初始对准具有更好的抗角晃动干扰的能力。

采用惯性系初始对准的算法需要得到采煤机的对地速度，传统的视频测速算法有背景差法、帧差法、光流法等。由于背景差分法不能很好地适应场景变化，帧差法不能完整地提取所有相关特征点的状态，得到的不是纯背景图像，进而导致检测结果不精确，不利于目标分析与速度检测。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统及方法，无需经过粗对准阶段，提高对采煤机动基座精确初始对准误差的修正，从而实现捷联惯导的动基座精确初始对准。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统，包括防爆箱、捷联惯导系统、处理器、固定支架和摄像头；所述防爆箱固定安装在采煤机的机身上，捷联惯导系统和处理器安装在防爆箱中，摄像头通过固定支架固定在采煤机一侧的液压支架上，且摄像头的拍摄方向朝着采煤机。

进一步，所述处理器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。

进一步，所述处理器中微处理单元模块选用的是TI公司的DSP芯片。

进一步，所述防爆箱为煤矿专用防爆箱。

进一步，所述摄像头与固定支架为铰接。

进一步，所述的捷联惯导系统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。