一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统的制作方法

本实用新型涉及位置精度标定领域，尤其涉及一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统。

背景技术：

煤矿巷道截割过程中产生的大量粉尘、噪音和存在的极大安全隐患对掘进机自动化和无人化作业提出了迫切的要求，其中掘进机自动导航技术成为关键技术之一。惯性导航技术很好地解决了煤矿井下掘进机光电导航技术遇到的环境适应性问题，因此成为近年来行业内的研究热点。

《煤矿巷道成型规范》要求巷道边界偏差不超过-25mm～150mm，考虑到掘进机控制精度及悬臂的偏差放大作用，掘进机空间定位检测精度应达到厘米级，姿态和航向检测精度达到角分级才有可能实现《规范》要求的断面成型精度。

其他应用领域中，通常采用搭载卫星定位的车载试验验证和标定惯性导航系统定位精度，或者采用地形匹配或里程校准等方法，但难以进行厘米级精度验证，或只能进行行进距离验证而无法进行二维平面定位精度验证，而这正是掘进机导航定位所要求的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统。

本实用新型的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统，包括：陀螺寻北经纬仪、全站仪和数据分析装置；其中，所述陀螺寻北经纬仪用于确定参照方向，并根据参照方向确定全站仪的位置；全站仪用于定时采集掘进机移动过程中的第一二维平面位置坐标，同时掘进机的惯性导航系统采集掘进机的第二二维平面位置坐标，并将第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息发送到数据分析装置；所述数据分析装置根据第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息进行数据分析，评价惯性导航系统的二维定位精度。

其中，陀螺寻北经纬仪经过粗对北、对心、纬度输入操作后进入测量程序，寻北过程结束后，将陀螺寻北经纬仪瞄准全站仪，此时测出的角度即为全站仪的北向方位角。

区别于现有技术，本实用新型的掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统，包括：陀螺寻北经纬仪、全站仪和数据分析装置；其中，陀螺寻北经纬仪用于确定参照方向，并根据参照方向确定全站仪的位置；全站仪用于定时采集掘进机移动过程中的第一二维平面位置坐标，同时掘进机的惯性导航系统采集掘进机的第二二维平面位置坐标，并将第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息发送到数据分析装置；数据分析装置根据第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息进行数据分析，评价惯性导航系统的二维定位精度。通过本实用新型，能够利用陀螺寻北经纬仪角秒级检测精度和全站仪毫米级检测精度完成对掘进机用惯性导航系统的厘米级定位精度标定。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

参阅图1，图1是本实用新型提供的一种掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统的结构示意图。该装置200包括：

陀螺寻北经纬仪1、全站仪2和数据分析装置3；其中，陀螺寻北经纬仪1用于确定参照方向，并根据参照方向确定全站仪2的位置；全站仪2用于定时采集掘进机10移动过程中的第一二维平面位置坐标，同时掘进机10的惯性导航系统11采集掘进机12的第二二维平面位置坐标，并将第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息发送到数据分析装置3；数据分析装置3根据第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息进行数据分析，评价惯性导航系统 11的二维定位精度。

陀螺寻北经纬仪1经过粗对北、对心、纬度输入操作后进入测量程序，寻北过程结束后，将陀螺寻北经纬仪1瞄准全站仪2，此时测出的角度即为全站仪2的北向方位角。

具体的，设陀螺寻北经纬仪位于O1，O1N1为寻北仪获得的正北方向，O1E1为其东向；全站仪位于o1，当陀螺寻北经纬仪与全站仪互相照准时，O1、o1连线相对陀螺寻北经纬仪正北方向O1N1的夹角为α，相对全站仪正北方向O1N2的夹角为β，此时设置全站仪水平角β＝α，则全站仪的参照方向及测量基准被设置为正北方向。

驱动装载有被测惯性导航系统的测试小车沿预先设定直线轨迹以约5～10米/分钟的速度前进，大约1分钟后停车；多次执行行进和停止的操作，并在测试小车停止后，通过全站仪采集测试小车当前的二维平面位置坐标。

设被测试小车的惯性导航系统位于o2，其敏感轴方向分别为o2Y2和o2X2，其自身北向为o2N2，o2E2为其东向，o2v为其行进方向，行进方向与其敏感轴o2Y2之间的夹角为γ。

只考虑惯性导航系统在二维平面内的位置检测精度，则可忽略其高度方向的位置改变。用设置好水平角的全站仪检测惯性导航系统外壳上某一特定点的空间位置坐标。

操作全站仪瞄准被测惯性导航系统壳体上预先选定的特征点并测量其二维平面位置坐标，作为第一二维平面位置坐标并进行记录；为提高精度可采用全站仪专用棱镜。全站仪采集多组第一二维平面位置坐标，同时记录测试小车上的惯性导航系统输出的第二二维位置坐标。两种二维平面位置坐标优选采集至少10组。

坐标采集完成后，对第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标进行数据分析。

具体的，设(xi,t,yi,t)、(xi+1,t,yi+1,t)、…，(xi+n,t,yi+n,t)为分布在掘进机行进的直线轨迹上的n个测试位置的第一二维平面位置坐标， (xi,I,yi,I)、(xi+1,I,yi+1,I)、…，(xi+n,I,yi+n,I)为对应的第二二维平面位置坐标，则其拟合直线表达式分别为，

yt＝kt·xt+bt；

yI＝kI·xI+bI；

掘进机惯性导航系统敏感轴与掘进机轴线方向夹角为，

α＝arctan kt-arctan kI；

则惯性导航系统测量值应修正为

惯性导航系统在o1X1和o1Y1方向的位置偏差分别为

Δxi＝xi,t-xi,I′，i＝1,2,…,n

和

Δyi＝yi,t-yi,I′，i＝1,2,…,n

则惯性导航系统在o1X1和o1Y1方向的定位偏差均值分别为

惯性导航系统在o1X1和o1Y1方向的定位偏差的标准差分别为

利用式(1)、(2)、(3)、(4)可标定被测试惯性导航系统的定位精度。

区别于现有技术，本实用新型的掘进机惯性导航系统二维位置精度标定系统，包括：陀螺寻北经纬仪、全站仪和数据分析装置；其中，陀螺寻北经纬仪用于确定参照方向，并根据参照方向确定全站仪的位置；全站仪用于定时采集掘进机移动过程中的第一二维平面位置坐标，同时掘进机的惯性导航系统采集掘进机的第二二维平面位置坐标，并将第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息发送到数据分析装置；数据分析装置根据第一二维平面位置坐标和第二二维平面位置坐标信息进行数据分析，评价惯性导航系统的二维定位精度。通过本实用新型，能够利用陀螺寻北经纬仪角秒级检测精度和全站仪毫米级检测精度完成对掘进机用惯性导航系统的厘米级定位精度标定。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。