1.一种基于光流法的采煤机捷联惯导初始对准系统,其特征在于,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)。
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,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,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,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,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,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。
7.一种利用权利要求1所述的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,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vb,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:b
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 (t)为采煤机对地速度, 为加速度计在机体系测量的比力,gb为机体系的重力加速度;
然后结合步骤D得出的采煤机(1)对地速度,通过捷联惯导的比力系方程推导出多矢量定姿方程,具体为: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:
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。