[发明专利]一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统

说明书

本发明公开了一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统，该系统包括：传感器模块，偏振传感器数据处理模块，多传感器信息融合模块，存储模块，通信模块、电源模块及接口电路。其中传感器模块包括偏振罗盘、陀螺仪、加速度计、气压传感器、温湿度传感器、地磁传感器、GPS；偏振传感器数据处理模块及多传感器信息融合模块由ARM芯片完成数据的智能融合；接口电路包括数据传输接口和指令输出接口，电源模块为系统供电、存储模块用于存储导航数据。本发明将仿生偏振导航用于无人机、舰船等载体的航向与姿态信息确定，不依赖GPS及地磁导航等导航方式，可在电磁干扰等环境下提供高可靠的航向与姿态参考。

技术领域

本发明涉及一种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，载体实时提供高精度的姿态参考，可用于无人机、舰船、车辆、水下潜器等领域。

背景技术

航向与姿态参考系统广泛应用于无人机、导航、舰船等领域。目前，INS/GPS组合导航系统是常用的姿态于参考系统，但是GPS导航信号容易受到干扰，难以在拒止、对抗、博弈等拒止环境下，为载体提供高精度、高可靠的航向与姿态信息。地磁导航系统是另一种常用的航向与姿态参考系统，但是地磁场容易受到磁性物质干扰，可靠性需进一步提高。针对GPS、地磁等导航方式受干扰情况下的航向与姿态确定，亟需发展一种高精度、高可靠的航向与姿态参考系统。

太阳光经过大气层的散射作用，在大气层内产生了稳定的偏振分布场，能够为载体提高绝对的航向信息，具有稳定、抗电磁干扰和覆盖范围广的特性，是目前自主导航领域的研究热点。将仿生偏振导航技术应用于无人机、导航等载体的航向与姿态确定，可解决GPS拒止、地磁场受干扰等环境下的自主姿态获取，为载体提高高精度、高可靠的航向与姿态基准。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服GPS、磁罗盘易受外部干扰等缺点，提供一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统，为无人机、导弹、舰船等载体提供高精度、高可靠的航向与姿态基准。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统，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、第二微处理器ARM和第三微处理器ARM；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与第二微处理器ARM间、第二微处理器ARM与第三微处理器ARM间通过串口进行连接，其中第一微处理器ARM用于数据采集，第二微处理器ARM用于导航处理，第三微处理器ARM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ARM连接，将惯性信息传递到第二微处理器ARM中；温湿度传感器与第二微处理器ARM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连接，接口一通过JTAG_A与第一微处理器ARM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将所有导航数据存储到存储模块的FLASH芯片中；