[發明專利]多傳感器信息采集導航系統及方法

在審

• 申請號: 201610112269.8
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105783911A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 辛峻峰;王寶祥;段路乾;鄭仰東;薛冰
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及多傳感器信息采集導航系統及方法。

背景技術

在智能水上載具的研發過程中，經常出現要同時采集處理多種傳感器數據的情況。如果 所有傳感器均與中央處理器相連接，那么開發人員需要對所有的傳感器分別進行編程操作， 處理每一路傳感器采集回的數據。這個過程需要耗費大量的運算資源，并且因為不同種類傳 感器的參數不同(如傳感器采集信息的速度，傳感器和處理器通信的協議，傳感器和處理器 通信的速度等)多種傳感器的聯調過程較為復雜，增加開發人員的開發難度。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明公開了多傳感器信息采集導航系統及方法，本發明 可根據需要連接不同傳感器，本發明將自動識別傳感器的種類、數據及通信方式，并對數據 做相應的解算處理，最終將獲取到的原始數據以及處理后的數據通過串口(USART)打包發送給 上位機。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

多傳感器信息采集導航系統，包括信息采集單元，所述信息采集單元將采集的信息傳輸 至處理器單元，處理器單元對信息進一步處理后打包發送至上位機，處理器單元接受來自上 位機的控制信息，所述處理器單元包括濾波模塊、姿態解算模塊、慣性導航模塊、陀螺減搖 儀的控制模塊；

濾波模塊對采集的信息進行濾波處理并將處理后的數據傳輸至姿態解算模塊，在姿態解 算模塊中，對采集的信息進行解算，得出相應的慣性導航數據并將數據傳輸至慣性導航模塊， 慣性導航模塊對姿態解算得到數據進行分析，用于實現自動返航控制，陀螺減搖儀的控制模 塊通過對姿態解算得到數據進行分析控制陀螺減搖儀的關閉或打開。

進一步的，所述處理器單元與上位機相連，可以接受來自上位機的控制信息，并根據控 制信息做出相應的控制動作。

進一步的，所述處理器單元還分別與存儲卡模塊及顯示模塊相連。

進一步的，所述處理器單元具有包含IIC接口、SPI接口、UART接口、FSMC接口在內的多 種數據輸入輸出接口。

進一步的，所述信息采集單元包括超聲波測距儀、GPS定位儀、溫濕度傳感器、水深傳感 器、陀螺儀、加速度計、電子羅盤、氣壓計及紅外傳感器。

進一步的，所述濾波模塊采用卡爾曼濾波器算法對采集的信息進行一階濾波。

進一步的，所述姿態解算模塊采用姿態解算算法，對采集的加速度、角速度、磁偏角對 應的原始信息進行解算，得出作為慣性導航數據的距離、速度及航向角。

進一步的，所述慣性導航模塊采用慣性導航算法，通過對姿態解算得到數據進行分析， 當水上載具移動時，處理器單元會記錄下載具的位移信息，智能水上載具返航時可根據慣性 導航算法與GPS接收機所記錄下的軌跡，控制船體的動力設備及轉向設備，實現自動返航控制。

進一步的，所述陀螺減搖儀的控制模塊通過對姿態解算得到數據進行分析，當船體Z軸偏 角超過一定閾值時，會打開陀螺減搖儀，減少船體的晃動，當船體晃動程度趨于穩定，關閉 陀螺減搖儀，使船體回正。

進一步的，處理器單元還通過GPRS通訊模塊與遠程接收端相連，信息采集單元采集的信 息經處理后記錄在存儲卡模塊上，同時通過GPRS網絡將信息發送至遠程接收端，實現對采集 信息的記錄和備份。

多傳感器信息采集導航系統的工作方法，包括以下步驟：

步驟一：系統自檢，并將自檢結果發送至上位機，同時顯示在屏幕上；

步驟二：處理器單元檢測是否連接有GPS接收機、陀螺儀、加速度計、電子羅盤，當均連 接的情況下開機，否則會報告傳感器數目異常，不滿足出海要求；

步驟三：初始化各傳感器，進入待機狀態，處理器單元收到上位機發送的啟動指令后才 會進入正常運行狀態；

步驟四：進入正常運行狀態后，將GPS信號強度、經緯度、海拔高度、航行速度、航向角 信息以一定格式顯示在屏幕上，此時處理器單元會根據內置的算法對數據進行處理，然后通 過串口發送到與之相連的上位機上；

步驟五：通過串口進行參數設置，包括傳感器信息矯正、是否啟用GPRS通訊模塊、是否 啟用自動返航功能、是否啟用陀螺減搖儀的控制功能；參數設置完成后，檢測上位機是否發 送動作指令，如果上位機發送動作指令，系統按照設置的參數進行相應的控制工作；如果上 位機未發送動作指令，系統維持現在的運動狀態；

步驟六：等待關機指令，進行關機過程。