用于測量載體姿態(tài)信息的礦用導航慣性測量系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)設及礦用導航的慣性測量系統(tǒng)，特別設及一種用于測量載體姿態(tài)信息的礦用 導航慣性測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 慣性導航（Inenial化vigation)是20世紀中期發(fā)展起來的完全自主式的導航技 術。它是通過慣性測量組件（IMU)測量載體相對慣性空間的角速度和加速度信息，從而確 定運載體的位置、姿態(tài)和速度。慣性導航系統(tǒng)既不向載體外發(fā)射信號，也不從外部接收信 號，具有完全自主、全天候、隱蔽性好、抗干擾能力強、輸出信息量大、輸出信息實時性強的 特點；它的運些特點使其廣泛應用于航天、航空、航海等軍事領域。
[000引慣性導航系統(tǒng)的核屯、是慣性測量單元（IMU)，IMU主要由一個Ξ軸一體巧螺或者Ξ個彼此正交的巧螺（簡稱巧螺）、Ξ個兩兩正交的加速度計（簡稱加表）為核屯、慣性器件 組成敏感單元，巧螺敏感載體旋轉角速度或角度信息，加表敏感重力加速度信息，將運些信 息輸入導航解算板進行解算，得到載體的姿態(tài)信息，即航向角和水平角，其中航向角主要由 水平方向的兩個巧螺尋北得出，水平角的初始值主要由加速度計敏感的重力加速度分量進 行換算。
[0004] 上述慣性導航系統(tǒng)敏感靈敏，能夠運用于航空、航海等領域。但與此對應的，它的 價格非常昂貴，該慣性測量單元需要Ξ個軸向的巧螺或者一個Ξ軸一體的巧螺，還需要Ξ 個加速度計組成，而一個加速度計的價格很可能上萬。然而，加速度計在IMU的運用只是在 初始尋北的時候才能用到，待尋北完成后，加速度計則沒有任何運用價值。因此造成了加速 度計成本高、運用低的現(xiàn)象。對于一些精確度要求并非那么高的領域，例如礦用領域，挖礦 機只需要找到礦的位置即可，而礦本身占的面積大，所W對導航的IMU的敏感靈敏度并不 像航空航海領域那么高。
[0005] 并且，傳統(tǒng)的慣性導航系統(tǒng)需要Ξ個加表，加速度計到水平角的解算模塊，加表供 電需要+15V，需要二次電源提供+15V電源，功耗較大。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供了一種成本低廉、 結構簡單用于測量載體姿態(tài)信息的礦用導航慣性測量系統(tǒng)及方法。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種用于測量載體姿 態(tài)信息的礦用導航慣性測量系統(tǒng)，包括：
[0008] 傾角傳感器，用于在第一時間靜態(tài)敏感載體的水平角的初始值，并將靜態(tài)敏感到 的載體的水平角的初始值輸出至水平角解算模塊；
[0009] Ξ軸巧螺，用于在所述第一時間敏感載體的X軸、Υ軸的旋轉角速度信息并輸出至 航向角解算模塊，還用于敏感所述第一時間至第二時間段的載體的航向角的X軸、Υ軸W及 Ζ軸旋轉角速度信息，將敏感到的X軸和Υ軸的旋轉角速度信息輸出至所述水平角解算模 塊，W及將z軸旋轉角速度信息輸出至航向角解算模塊；
[0010] 所述水平角解算模塊，用于接收所述傾角傳感器敏感到的載體的水平角的初始值W及Ξ軸巧螺敏感到的第一時間至第二時間段的載體的X軸和Y軸的旋轉角速度信息，并 根據(jù)所述載體的水平角的初始值W及第一時間至第二時間段的載體的X軸和Y軸的旋轉角 速度信息解算出第二時間的載體的水平角信息，并輸出該第二時間的載體的水平角信息； W及
[0011] 所述航向角解算模塊，用于接收所述Ξ軸巧螺在在所述第一時間敏感到的X軸和Y軸的旋轉角速度信息W及所述第一時間至第二時間段的Z軸的旋轉角速度信息，根據(jù)所 述X軸和Y軸的旋轉角速度信息解算航向角的初始值，并根據(jù)所述航向角的初始值W及第 一時間至第二時間段的Z軸的旋轉角速度信息解算第二時間的航向角信息，并輸出該第二 時間的載體的航向角信息。
[0012] 進一步的，所述水平角解算模塊用于根據(jù)W下公式解算得到第二時間的載體的水 平角信息：
[0013]
其中，所述兮（0)表示傾角傳感器靜態(tài)敏感到的 水平角的初始值，所述Wy^(T)表示Ξ軸巧螺在T時刻的Y軸，X軸的旋轉角速度信息。
[0014]進一步的，所述航向角解算模塊用于根據(jù)W下公式解算得到第二時間的載體的航 向角?胃息：
[0015]
其中，所述0h(t)表示根據(jù)Ξ軸巧螺在第一時間敏感 到的X軸和Y軸靜態(tài)旋轉角速度信息解算的航向角初始值，所述ω,燈）表示Ξ軸巧螺在T時刻Ζ軸輸出的旋轉角速度信息。
[0016]進一步的，所述Ξ軸巧螺為Ξ軸一體巧螺或者Ξ個單軸巧螺或者兩個曉性巧螺。
[0017] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種礦用導航慣性測 量系統(tǒng)測量載體姿態(tài)信息的方法，包括W下步驟：
[0018]利用傾角傳感器在第一時間靜態(tài)敏感載體的水平角的初始值；
[0019]利用Ξ軸巧螺在所述第一時間敏感載體的X軸、Υ軸的旋轉角速度信息，W及敏感 第一時間至第二時間段的載體的X軸、Υ軸W及Ζ軸的旋轉角速度信息；
[0020] 根據(jù)所述載體的水平角的初始值、第一時間至第二時間段的載體的X軸、Υ軸的旋 轉角速度信息進行解算，W解算出第二時間的載體的水平角信息；
[0021] 根據(jù)Ξ軸巧螺在第一時間敏感到的載體的X軸、Υ軸的旋轉角速度信息解算航向 角的初始值；
[0022] 根據(jù)所述航向角的初始值W及Ξ軸巧螺敏感到的第一時間至第二時間段的Ζ軸 的旋轉角速度信息解算出第二時間的載體的航向角信息；
[0023]輸出載體的水平角信息W及航向角信息。
[0024]進一步的，在根據(jù)所述載體的水平角的初始值、第一時間至第二時間段X軸、Υ軸 的旋轉角速度信息解算第二時間的載體的水平角信息的步驟中，通過W下公式解算出水平 角倍息：
[00巧]
其中，所述嗦,.,.（0)表示傾角傳感器靜態(tài)敏感到的 水平角的初始值，所述ωγχΟΟ表示Ξ軸巧螺在T時刻的Y軸，X軸的旋轉角速度信息。
[0026] 進一步的，在根據(jù)航向角的初始值、第一時間至第二時間段Ζ軸的旋轉角速度信 息解算載體的航向角信息的步驟中，通過W下公式解算出航向角信息：
[0027]
其中，所述0h(t)表示根據(jù)Ξ軸巧螺在第一時間敏感 到的X軸和Y軸靜態(tài)旋轉角速度信息解算的航向角初始值，所述ω,燈）表示Ξ軸巧螺在T時刻Ζ軸輸出的旋轉角速度信息。
[0028] 進一步的，所述Ξ軸巧螺為Ξ軸一體巧螺或者Ξ個單軸巧螺或者兩個曉性巧螺。
[0029] 本發(fā)明用于測量載體姿態(tài)信息的礦用導航慣性測量系統(tǒng)及方法，采用一個傾角傳 感器敏感水平角的初始值狂軸和Υ軸），通過Ξ軸巧螺的X軸和Υ軸的旋轉角速度信息即 可計算得到當前時刻的載體的水平角信息，而載體的航向角信息則利用Ξ軸巧螺敏感即可 得到，因此，本實施方式中，利用一個傾角傳感器替換原有的Ξ個加速度計，可節(jié)約數(shù)萬元 制作成本，同時，本測量系統(tǒng)完全能夠使用于礦用領域，傾角傳感器的利用率高，提升了整 個測量系統(tǒng)的性價比。
【附圖說明】
[0030] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性