基于惯性导航的井下电机车精确定位系统的研究

论文摘要

针对煤矿井下电机车无法精确定位问题,本研究将广泛应用航空领域的惯性导航技术应用于井下电机车的精确定位系统之中,使实时监测和显示电机车状态成为可能。采用陀螺仪与加速度计构成微系统,另外对位置计算中需要的姿态信息进行最优估计,提高定位精度。根据姿态矩阵和位置矩阵的更新对电机车进行实时跟踪导航,采用高性能的飞思卡尔16位核心控制芯片,对于误差的补偿采用算法补偿和运行过程中的定点补偿,系统设计完成之后在实验中取得了较好的实验效果。

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致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 煤矿井下机车调度系统现状和项目研究的必要性

1.2 煤矿井下机车定位技术现状

1.3 惯性导航技术应用于井下电机车精确定位技术的研究意义

1.4 基于惯性导航技术的井下电机车导航系统的研究方案

2 基于惯性导航技术的电机车精确定位的原理

2.1 惯性导航技术的工作原理

2.1.1 陀螺仪的工作原理

2.1.2 加速度计的工作原理

2.2 捷联惯性导航机车定位原理

2.2.1 电机车运行状态数学平台的建立

2.2.2 电机车速度的求取

2.2.3 电机车姿态阵和姿态的计算

2.2.4 位置矩阵的更新及位置的求取

2.3 本章小结

3 车载机系统

3.1 定位系统组成结构

3.2 车载机系统结构

3.3 主控模块

3.4 惯性测量模块

3.4.1 加速度计模块

3.4.2 陀螺仪模块

3.5 无线通讯模块的设计

3.6 语音处理模块的设计

3.7 车载机软件设计

3.7.1 车载机主程序设计

3.7.2 惯性元件模块软件设计

3.7.3 车载机捷联算法软件设计

3.7.4 无线通讯模块软件设计

3.7.5 语音处理模块软件设计

3.8 本章小节

4 节点机系统设计

4.1 节点机系统结构与工作原理

4.2 节点机硬件电路设计

4.2.1 系统总线电路的设计

4.2.2 通讯电路设计

4.2.3 位置校正模块的设计

4.2.4 电源电路设计

4.3 节点机软件设计

4.3.1 节点机主程序设计

4.3.2 节点机通讯软件设计

4.4 节点机与上位机通讯设计

4.4.1 上位机系统结构

4.4.2 上位机与节点机连接方法

4.4.3 上位机与节点机通讯协议

4.5 本章小节

5 实验

5.1 实验室实验

5.1.1 陀螺与加速度数据检测

5.1.2 无线通信实验

5.1.3 语音通讯实验

5.2 现场试验

5.2.1 井上实验

5.2.2 井下实验

结论

参考文献

附录一：车载机原理图

附录二：节点机原理图

附录三：论文部分软件

作者简历

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