申请/专利权人：北京唯实深蓝科技有限公司

申请日：2021-11-20

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN114061574B

主分类号：G01C21/16

分类号：G01C21/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2022.03.08#实质审查的生效;2022.02.18#公开

摘要：本发明公开了一种基于位置不变约束及零速校正的采煤机定姿定向方法。本发明针对采煤机中的捷联惯导系统长时间工作后，由于惯性器件误差累积导致姿态航向误差发散的问题，发明了一种在惯导系统静止状态时以速度为观测量以及在系统动态工作时以位置不变为观测量两种组合模态下的航向姿态误差抑制方法，对惯导系统的平台偏角以及惯性器件误差进行估计，利用估计出的平台偏角对惯导系统的姿态航向进行修正，从而提高惯导系统在长时间工作时的姿态、航向精度。本发明为采煤机中捷联惯导系长时间工作后的姿态航向保持能力问题提供了解决方案，具有很强的实用价值。

主权项：1.一种基于位置不变约束及零速校正的采煤机定姿定向方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：对捷联惯导系统进行导航解算，得到惯导系统的实时位置、速度以及姿态航向信息；步骤二：在执行步骤一的过程中，当惯导系统处于动态工作状态时，由于采煤机总体行进距离较短，为200米左右，可认为其位置基本没有变化，因此，以初始位置信息作为基准，利用惯导系统实时位置信息与初始位置信息之差为观测量的卡尔曼滤波模型对系统运动过程中的平台偏角进行估计，得到运动过程中惯导系统平台偏角的估计结果；当惯导系统处于静止状态时，以零速为基准，利用惯导系统静止时刻的速度与零速之差为观测量，进行卡尔曼滤波对系统静止状态下的平台偏角进行估计，得到静止状态下惯导系统平台偏角的估计结果；在该步骤中，结合惯导系统位置不变约束和速度信息为观测量的卡尔曼滤波模型对系统运动过程中的平台偏角进行估计过程如下：卡尔曼滤波模型以误差传播方程和惯性器件误差特性为基础建立状态方程，状态量包括位置误差、速度误差，东向、北向、天向平台偏角以及机体系陀螺漂移，共10维；卡尔曼滤波模型为： Zt＝HtXt+Vt其中，Ft为状态转移矩阵，Xt为状态向量，为状态向量Xt的微分，Zt为观测量，Ht为观测矩阵，Wt、Vt分别为系统噪声和观测噪声，均为白噪声； 其中，δλ，表示经度和纬度误差，δVE，δVN表示东向和北向速度误差，δφE，δφN，δφU表示东向、北向和天向的平台偏角，εX，εY，εZ表示机体系下的陀螺漂移；状态转移矩阵写成分块矩阵的形式： 其中：FAt7×7建立了导航误差之间的关系，FBt7×3建立了导航误差与惯性器件误差之间的关系，FCt3×3建立了惯性器件误差的模型， 其中，表示地球自转沿北向和天向的分量，Re表示地球半径，表示当地纬度，g表示重力加速度，h表示所在位置的海拔高度，fE，fN表示沿东向和北向的加速度计输出，T表示陀螺漂移一阶马尔科夫过程的相关时间；0m×n表示m行n列的零矩阵，b系为惯导系统机体坐标系，n系为东-北-天地理系，是b系转换到n系的方向余弦矩阵；当系统处于运动状态时，卡尔曼滤波模型以惯导系统实时经纬度与初始经纬度之差作为量测，量测方程写为： 其中，可观测矩阵H为常值矩阵，I2×2表示2阶单位矩阵；当惯导系统处于静止状态时，此时的基准速度为零，利用此时惯导系统的东向、北向速度为观测量，进行卡尔曼滤波对东向、北向和天向平台偏角进行估计，观测方程写为： 其中，可观测矩阵H为常值矩阵；根据上述状态转移矩阵以及不同工作模式下的观测矩阵建立卡尔曼滤波模型进行滤波，得到惯导系统东向、北向以及天向平台偏角的估计结果；步骤三：将两种模态下得到的平台偏角的估计结果补偿进惯导系统中，得到修正后的惯导系统姿态航向信息。

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