[发明专利]一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统

权利要求书

1.一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统，其特征在于：包括信息处理模块、传感器模块、接口电路一、接口电路二、接口电路三、电源模块、存储模块、通信模块一、通信模块二、通信模块三；其中，信息处理模块包括三个微处理器即第一微处理器ARM 1、第二微处理器ARM 2和第三微处理器ARM 3；传感器模块包括气压传感器、三轴加速度计、三轴陀螺仪、温湿度传感器、GPS、地磁传感器以及仿生偏振罗盘，其中仿生偏振罗盘由三个偏振传感器组成：偏振传感器一、偏振传感器二、偏振传感器三；接口电路一包括第一RS422、接口一；接口电路二包括第一RS232、第二RS422及接口二；接口电路三包括接口三、接口四、第二RS232及第三RS422及接口五；电源模块包括锂电池、保护电路、降压电路及升压电路；存储模块包括FLASH芯片；通信模块一包括隔离器、反相器、串口转232、UART转422及JTAG_A；通信模块二包括UART转422及JTAG_C；通信模块三包括UART转232、UART转422及JTAG_B；整个系统中，第一微处理器ARM 1与第二微处理器ARM 2间、第二微处理器ARM 2与第三微处理器ARM 3间通过串口进行连接，其中第一微处理器ARM 1用于数据采集，第二微处理器ARM 2用于导航处理，第三微处理器ARM 3用于机器人控制；GPS、地磁传感器和仿生偏振罗盘分别通过USART1、I2C、UART1与第一微处理器ARM 1连接，将GPS信息、地磁信息和偏振信息传输到第一微处理器ARM 1中；气压传感器、三轴加速度计、三轴陀螺仪通过SPI与第二微处理器ARM2连接，将惯性信息传递到第二微处理器ARM 2中；温湿度传感器与第二微处理器ARM 2连接；在接口电路一中，第一RS422通过UART转422芯片与第一微处理器AMR 1连接，接口一通过JTAG_A与第一微处理器ARM 1连接；在接口电路二中，第一RS232、第二RS422、接口二分别通过UART转232芯片、UART转422芯片、JTAG_B与第二微处理器ARM 2连接；在接口电路三中，接口三、接口四、接口五通过隔离器、反相器、JTAG_C与第三微处理器ARM 3连接，第二RS232、第三RS422通过UART转232芯片、UART转422芯片与第三微处理器ARM 3连接；在电源模块中，锂电池通过保护电路、降压电路、升压电路与信息处理模块连接，为系统供电；第三微处理器ARM 3将所有导航数据存储到存储模块的FLASH芯片中；

信息处理模块通过第一微处理器ARM 1对仿生偏振罗盘、GPS和地磁传感器参数进行采集，并对数据进行同步打包、统一频率，统一传送至作为导航处理器的第二微处理器ARM 2；通过第二微处理器ARM 2对采集的信息进行导航解算，完成多传感器数据融合，给作为机器人控制处理器的第三微处理器ARM 3传送融合结果，最终实现系统组合导航；通过第三微处理器ARM 3执行控制算法，将控制量转化为系统输出；

所述的信息处理模块包括第一微处理器ARM 1、第二微处理器ARM 2和第三微处理器ARM 3三个信息处理芯片；每个芯片选用接口丰富，功耗低，运算能力强的ARM芯片，满足数据采集、导航信息解算以及机器人控制的需要；

第一微处理器ARM 1通过串口UART1及USART1接收仿生偏振罗盘、GPS的导航参数，通过I2C控制MagI2C芯片采集地磁传感器数据；

第二微处理器ARM 2通过串口SPI接收气压传感器、三轴加速度计、三轴陀螺仪数据；

第三微处理器ARM 3与存储模块相连，存储导航数据；存储模块由一片FLASH芯片构成，实现大容量导航数据存储；

所述接口电路一为数据采集接口；第一RS422通过UART转422、接口一通过JTAG_A将第一微处理器ARM 1的AD转换接口引出，采集GPS、地磁传感器、仿生偏振罗盘数据；

所述接口电路二为数据采集接口；第一RS232通过UART转232、第二RS422通过UART转422、接口二通过JTAG_B将第二微处理器ARM 2的AD转换接口引出，采集气压传感器、三轴加速度计、三轴陀螺仪、温湿度传感器数据；

所述接口电路三为控制接口；接口三通过隔离器将第三微处理器ARM 3的六路定时器引出，能够输出六路PWM波控制信号，接口四通过反相器与第三微处理器ARM 3的一路串口输入端相连，能够外接遥控接收机接收遥控指令；所述第二RS232通过串口转232、第三RS422通过UART转422与第三微处理器ARM 3、接口五通过JTAG_C与第三微处理器ARM 3的串口相连，可与上位机通信，进行程序调试工作；

该基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统不依赖于GPS导航信号、地磁传感器，在GPS拒止、磁罗盘干扰恶劣环境下为载体提供高精度的航向与姿态参考；

该基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统采用嵌入式集成设计，体积小，便于安装，数据处理能力强，所选用的传感器均为高精度数字信号输出传感器，省去了A/D环节，减小了系统的延时，提高了系统的稳定性；

该基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统作为一个组合导航系统，在实时提供载体导航信息的情况下，可根据导航信息和遥控信号对载体发出控制指令：将ARM芯片的六路定时器经过隔离器引出，可输出PWM波控制信号；同时为遥控接收机留出接口，可接收遥控器的指令；

所述电源模块由锂电池、保护电路、升压电路和降压电路组成；电源模块可以输出3.0V、3.3V、5V三种不同电压，满足不同的电压需求；

系统开始工作时，电源模块给系统供电，系统进行初始化，然后对传感器模块是否正常工作进行判断，传感器正常工作后，对传感器进行数据采集工作，并将所得数据通过接口电路传送给处理器，由处理器进行信息融合与导航解算，最后，处理器将解算出的导航信息输出的同时存储到存储模块，并综合该信息和遥控器发出的信号为载体发出控制指令，此时一个工作周期结束，并重新对传感器模块的工作状态进行检测，进入下一个工作周期。