用于测量载体姿态信息的矿用导航惯性测量系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发设及矿用导航的惯性测量系统，特别设及一种用于测量载体姿态信息的矿用 导航惯性测量系统及方法。
【背景技术】
[0002] 惯性导航（Inenial化vigation)是20世纪中期发展起来的完全自主式的导航技 术。它是通过惯性测量组件（IMU)测量载体相对惯性空间的角速度和加速度信息，从而确 定运载体的位置、姿态和速度。惯性导航系统既不向载体外发射信号，也不从外部接收信 号，具有完全自主、全天候、隐蔽性好、抗干扰能力强、输出信息量大、输出信息实时性强的 特点；它的运些特点使其广泛应用于航天、航空、航海等军事领域。
[000引惯性导航系统的核屯、是惯性测量单元（IMU)，IMU主要由一个Ξ轴一体巧螺或者Ξ个彼此正交的巧螺（简称巧螺）、Ξ个两两正交的加速度计（简称加表）为核屯、惯性器件 组成敏感单元，巧螺敏感载体旋转角速度或角度信息，加表敏感重力加速度信息，将运些信 息输入导航解算板进行解算，得到载体的姿态信息，即航向角和水平角，其中航向角主要由 水平方向的两个巧螺寻北得出，水平角的初始值主要由加速度计敏感的重力加速度分量进 行换算。
[0004] 上述惯性导航系统敏感灵敏，能够运用于航空、航海等领域。但与此对应的，它的 价格非常昂贵，该惯性测量单元需要Ξ个轴向的巧螺或者一个Ξ轴一体的巧螺，还需要Ξ 个加速度计组成，而一个加速度计的价格很可能上万。然而，加速度计在IMU的运用只是在 初始寻北的时候才能用到，待寻北完成后，加速度计则没有任何运用价值。因此造成了加速 度计成本高、运用低的现象。对于一些精确度要求并非那么高的领域，例如矿用领域，挖矿 机只需要找到矿的位置即可，而矿本身占的面积大，所W对导航的IMU的敏感灵敏度并不 像航空航海领域那么高。
[0005] 并且，传统的惯性导航系统需要Ξ个加表，加速度计到水平角的解算模块，加表供 电需要+15V，需要二次电源提供+15V电源，功耗较大。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供了一种成本低廉、 结构简单用于测量载体姿态信息的矿用导航惯性测量系统及方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于测量载体姿 态信息的矿用导航惯性测量系统，包括：
[0008] 倾角传感器，用于在第一时间静态敏感载体的水平角的初始值，并将静态敏感到 的载体的水平角的初始值输出至水平角解算模块；
[0009] Ξ轴巧螺，用于在所述第一时间敏感载体的X轴、Υ轴的旋转角速度信息并输出至 航向角解算模块，还用于敏感所述第一时间至第二时间段的载体的航向角的X轴、Υ轴W及 Ζ轴旋转角速度信息，将敏感到的X轴和Υ轴的旋转角速度信息输出至所述水平角解算模 块，W及将z轴旋转角速度信息输出至航向角解算模块；
[0010] 所述水平角解算模块，用于接收所述倾角传感器敏感到的载体的水平角的初始值W及Ξ轴巧螺敏感到的第一时间至第二时间段的载体的X轴和Y轴的旋转角速度信息，并 根据所述载体的水平角的初始值W及第一时间至第二时间段的载体的X轴和Y轴的旋转角 速度信息解算出第二时间的载体的水平角信息，并输出该第二时间的载体的水平角信息； W及
[0011] 所述航向角解算模块，用于接收所述Ξ轴巧螺在在所述第一时间敏感到的X轴和Y轴的旋转角速度信息W及所述第一时间至第二时间段的Z轴的旋转角速度信息，根据所 述X轴和Y轴的旋转角速度信息解算航向角的初始值，并根据所述航向角的初始值W及第 一时间至第二时间段的Z轴的旋转角速度信息解算第二时间的航向角信息，并输出该第二 时间的载体的航向角信息。
[0012] 进一步的，所述水平角解算模块用于根据W下公式解算得到第二时间的载体的水 平角信息：
[0013]
其中，所述兮（0)表示倾角传感器静态敏感到的 水平角的初始值，所述Wy^(T)表示Ξ轴巧螺在T时刻的Y轴，X轴的旋转角速度信息。
[0014]进一步的，所述航向角解算模块用于根据W下公式解算得到第二时间的载体的航 向角?胃息：
[0015]
其中，所述0h(t)表示根据Ξ轴巧螺在第一时间敏感 到的X轴和Y轴静态旋转角速度信息解算的航向角初始值，所述ω,灯）表示Ξ轴巧螺在T时刻Ζ轴输出的旋转角速度信息。
[0016]进一步的，所述Ξ轴巧螺为Ξ轴一体巧螺或者Ξ个单轴巧螺或者两个晓性巧螺。
[0017] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种矿用导航惯性测 量系统测量载体姿态信息的方法，包括W下步骤：
[0018]利用倾角传感器在第一时间静态敏感载体的水平角的初始值；
[0019]利用Ξ轴巧螺在所述第一时间敏感载体的X轴、Υ轴的旋转角速度信息，W及敏感 第一时间至第二时间段的载体的X轴、Υ轴W及Ζ轴的旋转角速度信息；
[0020] 根据所述载体的水平角的初始值、第一时间至第二时间段的载体的X轴、Υ轴的旋 转角速度信息进行解算，W解算出第二时间的载体的水平角信息；
[0021] 根据Ξ轴巧螺在第一时间敏感到的载体的X轴、Υ轴的旋转角速度信息解算航向 角的初始值；
[0022] 根据所述航向角的初始值W及Ξ轴巧螺敏感到的第一时间至第二时间段的Ζ轴 的旋转角速度信息解算出第二时间的载体的航向角信息；
[0023]输出载体的水平角信息W及航向角信息。
[0024]进一步的，在根据所述载体的水平角的初始值、第一时间至第二时间段X轴、Υ轴 的旋转角速度信息解算第二时间的载体的水平角信息的步骤中，通过W下公式解算出水平 角倍息：
[00巧]
其中，所述嗦,.,.（0)表示倾角传感器静态敏感到的 水平角的初始值，所述ωγχΟΟ表示Ξ轴巧螺在T时刻的Y轴，X轴的旋转角速度信息。
[0026] 进一步的，在根据航向角的初始值、第一时间至第二时间段Ζ轴的旋转角速度信 息解算载体的航向角信息的步骤中，通过W下公式解算出航向角信息：
[0027]
其中，所述0h(t)表示根据Ξ轴巧螺在第一时间敏感 到的X轴和Y轴静态旋转角速度信息解算的航向角初始值，所述ω,灯）表示Ξ轴巧螺在T时刻Ζ轴输出的旋转角速度信息。
[0028] 进一步的，所述Ξ轴巧螺为Ξ轴一体巧螺或者Ξ个单轴巧螺或者两个晓性巧螺。
[0029] 本发明用于测量载体姿态信息的矿用导航惯性测量系统及方法，采用一个倾角传 感器敏感水平角的初始值狂轴和Υ轴），通过Ξ轴巧螺的X轴和Υ轴的旋转角速度信息即 可计算得到当前时刻的载体的水平角信息，而载体的航向角信息则利用Ξ轴巧螺敏感即可 得到，因此，本实施方式中，利用一个倾角传感器替换原有的Ξ个加速度计，可节约数万元 制作成本，同时，本测量系统完全能够使用于矿用领域，倾角传感器的利用率高，提升了整 个测量系统的性价比。
【附图说明】
[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性