[发明专利]一种基于三维姿态的智能铅鱼动态水深测量电路及方法

权利要求书

1.一种基于三维姿态的智能铅鱼动态水深测量电路，其特征在于：包括水深压力传感器（1）、姿态传感器（2）、CPU电路（3）、ZIGBEE电路（4）、控制开关（5）、天线（6）、上位机（7）；水深压力传感器（1）输出端与CPU电路（3）输入端相连，姿态传感器（2）输出端与CPU电路（3）输入端相连，CPU电路（3）通信端与ZIGBEE电路（4）信号输入端相连，控制开关（5）控制端与CPU电路（3）相连，控制开关（5）电源输出端与ZIGBEE电路（4）电源输入端相连，ZIGBEE电路（4）信号输出端接天线（6），与上位机（7）通信。

2.根据权利要求1所述的基于三维姿态的智能铅鱼动态水深测量电路，其特征在于：所述水深压力传感器（1）采用3.3V直流供电MS5837-30BA数字式压力传感器，工作电流0.6微安，能测水压及水温数据。

3.根据权利要求1所述的基于三维姿态的智能铅鱼动态水深测量电路，其特征在于：所述姿态传感器（2）采用3.3V直流供电九轴姿态传感器。

4.根据权利要求1所述的基于三维姿态的智能铅鱼动态水深测量电路，其特征在于：所述CPU电路（3）采用STM32L151系列CPU。

5.根据权利要求1所述的基于三维姿态的智能铅鱼动态水深测量电路，其特征在于：所述控制开关（5）采用带有控制引脚的电压调整器芯片。

6.一种利用权利要求1-5任一项所述电路进行智能铅鱼动态水深测量的方法，其特征在于：首先确定铅鱼工作状态；在入水工作状态下，水深压力传感器（1）采集水压及水温数据；姿态传感器（2）采集水下铅鱼动态姿态数据，通过数据结算融合算法，得到铅鱼当前的俯仰角，横滚角，航向角；将水压水温数据和三维姿态角数据封装成数据包，存储在CPU电路（3）内部；打开控制开关（5），将数据通过ZIGBEE电路（4）与天线（6）发送到上位机（7）；在上位机（7）中通过三维姿态角对动态情况下水深数据进行修正。

7.根据权利要求6所述的智能铅鱼动态水深测量的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

Step1、智能铅鱼入水触发入水开关，接通装置内置锂电池，动态水深测量电路开始工作；

Step2、水深压力传感器（1）与姿态传感器（2）同时开始工作，水深压力传感器（1）采集水压、水温数据，姿态传感器（2）采集到铅鱼动态姿态数据，再将采集到的数据封装后发给CPU电路（3）内部存储空间，并通过CPU电路（3）进行三维姿态角解算融合，且采集到的水压数据传入CPU电路3解算成水深数据；

Step3、CPU电路（3）CPU通过IO口打开控制开关（5），ZIGBEE电路（4）进入工作模式，CPU电路（3）将设定时间内采集到的数据包通过ZIGBEE电路（4）与天线（6）实时发送至上位机（7）存储；

Step4、上位机（7）接收到发送的数据包后，将水压数据解算成水深数据；通过姿态角数据对动态情况下水深数据进行修正，获得精确的实时动态水深数据。

8.根据权利要求7所述的智能铅鱼动态水深测量的方法，其特征在于：所述步骤Step2中，三维姿态角解算融合的具体步骤如下：

Step2.1、CPU电路（3）获取姿态传感器（2）采集的原始三轴加速度数据、三轴角速度数据、三轴磁强数据，进行原始数据滤波处理；

Step2.2、通过三轴加速度数据、三轴角速度数据、三轴磁强数据分别解算出两组俯仰角、横滚角和航向角数据；

Step2.3、CPU电路（3）将两组俯仰角、横滚角和航向角进行数据融合，得到精确动态姿态角度数据。

9.根据权利要求8所述的智能铅鱼动态水深测量的方法，其特征在于：所述步骤Step2.1中，原始数据滤波处理采用卡尔曼滤波器，步骤Step2.2中，解算姿态角度采用四元数法，步骤Step2.3中，姿态角度数据融合采用卡尔曼数据融合算法，步骤Step4中，水深数据修正采用涌浪滤波算法。