薄煤层开采中姿态方位参考系统设计及应用研究

摘要

薄煤层开采技术与普通煤层开采技术差别较大，成本高昂技术复杂。目前开采过程中掘进机工作需要较多的人工干预，无法做到自动化运行和周围环境的检测。因此，针对薄煤层掘进机开采设计一套自主定位导航系统和视频监控系统很有现实意义。基于惯性器件的姿态方位参考系统能够为导航系统提供姿态等重要信息，同时为获取清晰的视频图像提供辅助作用。
　　本文针对适用于薄煤层开采过程中掘进机的定位技术进行了研究，基于自制的姿态方位参考系统设计了符合需求的综合定位系统方案。井下环境没有全球定位系统（GPS）信号，仅能依靠惯性导航，但惯性器件输出存在随机漂移和噪声，长时间运行会导致结果存在较大偏差，因此必须要有修正。本文提出了两种修正手段：首先是使用点云配准获得位移信息，修正惯导结果；其次，由于ICP算法速度慢、修正周期长，需要更高频率的修正，通过激光测距仪测量到某个已知坐标点的距离并结合当前载体偏航角信息，就能够推算出载体的二维坐标信息。通过上述两种修正手段，能有效辅助姿态方位参考系统进行惯性导航。
　　在视频监控时，由于掘进机工作时存在振动，会造成相机拍摄画面的模糊。针对视频监控中的运动模糊问题，本文根据相机成像原理，建立其数学模型，确定了运动参量与模糊形成的量化关系，利用姿态方位参考系统设计了一套硬件解决方案，实验证明有消除模糊的效果。

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1 绪论

1.1课题研究背景

1.2相关技术的研究现状及其发展方向

1.3论文结构及主要内容

2 井下导航系统研究

2.1惯性导航系统基本算法

2.2带扩展卡尔曼滤波的姿态解算

2.3基于多传感器融合的修正方法

2.4井下定位导航方案

3 井下导航系统软硬件设计

3.1姿态方位参考系统硬件设计

3.2导航系统软件设计

4 基于姿态方位参考系统的图像去模糊研究

4.1相机成像模型及其数学表达

4.2基于相机运动检测的模糊核估计方法

4.3基于姿态方位参考系统的去模糊实现方案

5 实验结果及其分析

5.1图像去运动模糊实验结果及其分析

5.2综合定位系统实验结果及分析

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文