[發明專利]地空電磁探測線圈三維姿態同步測量方法及裝置

在審

• 申請號: 201710491480.X
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107450109A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 劉長勝;姚堯;劉騰;張銘;劉鵬;康利利;周海根
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V13/00
• 分類號: G01V13/00;G01C21/18;G01C21/16;G01C21/08;G01C21/00;G01S19/53
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1.一種地空電磁探測線圈三維姿態同步測量方法及裝置，其特征在于：所述的地空電磁探測線圈三維姿態同步測量裝置由外設驅動模塊(1)、同步時鐘脈沖發生模塊(2)、電源模塊(3)和上位機(4)四部分組成，電源模塊(3)向系統提供穩定的供電，外設驅動模塊(1)由STM32系列主控制器(1-1)連接三軸姿態傳感模塊(1-2)、數據存儲模塊(1-3)、顯示屏模塊(1-4)、薄膜按鍵輸入模塊(1-5)組成，同步時鐘脈沖發生模塊(2)由FPGA芯片(2-1)連接恒溫晶振(2-2)、數模轉換單元(DA)(2-3)、GPS模塊(2-4)組成，其中FPGA芯片(2-1)內部集成鎖相環單元(2-1-1)、計數器單元(2-1-2)、分頻器單元(2-1-3)、觸發器單元(2-1-4)和PD控制器單元(2-1-5)，外設驅動模塊(1)和時鐘脈沖發生模塊(2)通過外部中斷的方式協同工作，將線圈的姿態信息實時同步地通過TXT格式的文件記錄到SD卡(1-3-2)中，上位機(4)中包含姿態變化實時演示軟件將SD卡(1-3-2)中的TXT文件數據讀取，并以圖形化的方式實時顯示線圈的三軸姿態變化。

2.根據權利要求1所述的地空電磁探測線圈三維姿態同步測量方法及裝置，其特征在于：所述三軸姿態傳感模塊(1-2-2)由MPU6050傳感器芯片、HMC5883L芯片組成，其中MPU6050芯片輸出三維加速度信息，HMC5883L輸出三維磁場信息，STM32系列主控制器驅動MPU6050和HMC5883L芯片，同時通過IIC總線讀取兩芯片的輸出信息并對其進行姿態解算；所述姿態解算包括四元數法、卡爾曼濾波算法，可將MPU6050和HMC5883L芯片的輸出數據通過數學運算轉化成三維姿態信息。

3.根據權利要求1所述的地空電磁探測線圈三維姿態同步測量方法及裝置，其特征在于：所述測量裝置可通過GPS與地空電磁發射接收系統同步，同步時鐘脈沖發生模塊通過恒溫晶振做主時鐘的FPGA芯片獲取GPS的同步脈沖，并將同步脈沖轉換為STM32系列主控制器(1-1)的外部中斷信號，STM32系列主控制器(1-1)通過外部中斷同步的輸出三維姿態信息到SD卡(1-3-2)中。

4.根據權利要求1所述的地空電磁探測線圈三維姿態同步測量方法及裝置，其特征在于：所述地空電磁探測線圈三維姿態同步測量裝置按如下順序和步驟工作：

A安裝姿態測量系統于被測線圈上，注意要將裝置的x、y、z三軸的方向正對被測線圈的標準空間直角坐標系x(沿線圈飛行方向)、y、z三軸方向；

B將鋰電池的插頭插在測量裝置上，系統上電，電源模塊隨即工作，外設驅動模塊(1)對外設進行初始化。時鐘信號發生模塊(2)中恒溫晶振開始預熱，產生時鐘脈沖，隨即PD控制器(2-1-5)校正晶振輸入電壓，使時鐘脈沖趨于穩定；

C在初始界面上選擇“模塊校準”選項，多方向、全方位轉動儀器，轉這時傳感器會自動采集各方向的磁場數據，并做橢圓校正算處理，使傳感器適用于當前的磁場環境，提高測量精度；

D.校準完成后按下“確定”按鈕，并選中“開始采集”選項，此時顯示屏會變更成時間顯示界面，待整分鐘到來，即可開始采集；

E.采集完成后，將鋰電池斷電即可結存儲束采集，采集得到的數據在SD卡(1-3-2)中保存為以開始采集時間命名的文件中，格式為“時間-三軸角速度-三軸加速度-三軸角度-高程”；

F.將SD閃存卡(1-3-2)拔出，插在計算機上即可將存儲的姿態數據讀出；

G.在同一地理區域的多次采集可省略C的過程直接進行采集。