一種用於小型水下滑翔器的組合導航裝置的製作方法

2023-07-22 08:43:41

專利名稱：一種用於小型水下滑翔器的組合導航裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型設計了一種用於小型水下滑翔器的組合導航裝置，可用於水下探測、測量等目的的水下滑翔器的準確定位和自主導航。
背景技術：
電子羅盤可以精確測得航向角，三維電子羅盤因其內部加入了傾角傳感器，克服了平面電子羅盤在使用中的嚴格限制，即使羅盤發生了傾斜，航向數據依然準確無誤。國外的應用更加成熟，但在水下應用還存在一些問題。 GPS技術的應用很廣泛，定位精度相對比較高，但是在高樓林立地區和有遮擋物的地方，有效率會大大下降。在水下滑翔器上的應用更是沒有成熟方案。以慣性導航為主，結合GPS和電子羅盤構成的組合導航系統在國內外多領域取得了很大進展，但水下滑翔器在水下工作時間很長，並且GPS信息在水下不能使用，單一慣性導航不能滿足定位要求，且由於水下滑翔器對功耗、體積和精度要求較高，從而在水下滑翔器中組合導航系統均未能得到較好應用。如何使GPS、電子羅盤、捷聯式慣性組合導航系統能利用三者的優勢，使系統整體性能達到最優，並能滿足水下滑翔器長航時、低功耗、小體積的要求，這種系統在國內、外均無報導。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種長航時、低功耗、小體積的組合導航系統，用於水下滑翔器的準確定位與自主導航，克服現有技術手段的不足。本實用新型一種用於小型水下滑翔器的組合導航裝置，由三維電子羅盤、微機電系統慣性測量單元(MEMS-MU)、全球定位系統(GPS)接收模塊、數位訊號處理(DSP)處理模塊組成；水下滑行時，滑翔器中部安裝的微機電系統慣性測量單元(MEMS-MU)測量俯仰角、翻滾角姿態信息，三維電子羅盤測量載體的航向角並對微機電系統慣性測量單(MEMS-MU)測量的姿態信息進行校正；每隔24小時滑翔體浮出水面，採用本體安裝的全球定位系統(GPS)接收模塊輸出信息，實現滑翔體的定位、微機電系統慣性測量單元(MEMS-IMU)及三維電子羅盤的標定和校正；所有的信息處理過程均在數位訊號處理(DSP)處理模塊中進行，處理後輸出準確的姿態和航向信息給本體中心計算機。所述三維電子羅盤和微機電系統慣性測量單元(MEMS-MU)是集成一體的。所述電子羅盤與MEMS-MU的集成模塊和GPS接收模塊作為輸入與DSP處理模塊相連，DSP處理模塊處理結果通過RS232串口輸出。本實用新型系統體積小、低功耗、長航時、精準穩定性高，可用於水下探測、測量等目的的水下滑翔器的準確定位和自主導航。

[0011]圖I為一種用於小型水下滑翔器的組合導航系統構成圖；圖2為本實用新型裝置工作過程圖。
具體實施方案
以下結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明圖2是用於小型水下滑翔器的組合導航裝置工作過程圖，選用新型IMU單元將三軸陀螺、三軸加速度計、三軸高性能磁力計集成一體。在水下滑翔器放入水中之前，首先利用GPS信息和相關算法對IMU單元進行零位誤差校正和誤差補償。水下只有電子羅盤和MEMS-MU單元進行工作，電子羅盤提供載體的初始航向信息，MEMS-IMU輸出載體的俯仰角、翻滾角等姿態信息，慣性導航儀因陀螺的漂移存在隨時間 累積的誤差，故在長時間運行時用電子羅盤的航向角信息對MEMS-MU輸出的信息進行校正。經過24小時，滑翔器浮出水面時，利用本體安裝的GPS OEM板集成的單點接收模塊輸出信息對MEMS-MU和電子羅盤進行校正。所有的信息處理過程均在DSP處理模塊中進行，經過處理的信息由串口輸出到中心計算機，使滑翔器保持本體平衡，同時為其提供準確航跡和位置信息，實現自主導航。
權利要求1.一種用於小型水下滑翔器的組合導航裝置，其特徵在於由三維電子羅盤、微機電系統慣性測量單元(MEMS-IMU)、全球定位系統(GPS )接收模塊、數位訊號處理(DSP)處理模塊組成；水下滑行時，滑翔器中部安裝的微機電系統慣性測量單元(MEMS-IMU)測量俯仰角、翻滾角姿態信息，三維電子羅盤測量載體的航向角並對微機電系統慣性測量單(MEMS-MU)測量的姿態信息進行校正；每隔24小時滑翔體浮出水面，採用本體安裝的全球定位系統(GPS )接收模塊輸出信息，實現滑翔體的定位、微機電系統慣性測量單元(MEMS-IMU)及三維電子羅盤的標定和校正；所有的信息處理過程均在數位訊號處理(DSP)處理模塊中進行，處理後輸出準確的姿態和航向信息給本體中心計算機。
2.根據權利要求I中所述的用於小型水下滑翔器的組合導航裝置，其特徵在於所述數位訊號處理(DSP)處理模塊還包括RS232串口。
專利摘要本實用新型公布了一種用於小型水下滑翔器的組合導航裝置，所述裝置由三維電子羅盤、微機電系統慣性測量單元(MEMS-IMU)、全球定位系統(GPS)接收模塊、數位訊號處理(DSP)處理模塊組成。本實用新型系統功耗小、體積小、長航時、成本低、重量輕、集成度高、精度穩定性高，可用於水下探測、測量等目的的水下滑翔器的準確定位和自主導航。
文檔編號G01S19/42GK202382747SQ201120531029
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者劉虎, 周智愷, 徐元, 陳熙源, 黃浩乾 申請人:東南大學