[发明专利]一种组合式自主定位定向的极地罗经装置

权利要求书

1.一种应用于极地范围自主定位定向的极地罗经装置，该设备包括加速度感知组件、陀螺组件、磁场强度感知组件、温度感知组件、卫星信号接收组件、卫星信号解算组件、人机交互组件、数据处理组件、数据传输组件、数据存储组件、二次电源组件和外壳；通过一体化设计，将各组件有机结合。

2.将其加速度计的X轴安装于船舶的中心轴线，Y轴指向船舶运动方向得右侧，Z轴垂直于车指向天空，构成右手直角坐标系，将陀螺组件于地磁强度感知组件得X、Y、Z轴安装方式于加速度感知组件的安装方式相同，卫星信号接收组件的方向以主天线到从天线的连线方向为正方向，惯性器件的X轴正方向、船舶的前进方向和天线的方向三轴重合。

3.根据权利要求1所述的一种组合式自主定位定向的极地罗经装置，利用最优控制对不同导航子系统的数据融合，通过嵌入的方式将FPGA+ARM控制器集成于电气盒中，相互弥补劣势，结合极地范围的环境地理模型以及船舶运动模型对卡尔曼滤波器进行在线的参数调整通过上位PC机将参数在线更新写入到控制器中。

4.利用双天线的GNSS接收板卡具有定位以及输出航向角和偏航角的能力与惯性测量进行结构嵌套，并且组合输出运动体的三维姿态角度，包括横滚角。GNSS双天线为双频多模接收天线，可以接收GPS和北斗卫星信号。

5.根据权利要求2所述的一种组合式自主定位定向的极地罗经，所述组合方式：利用x轴陀螺仪、y轴陀螺仪、z轴陀螺仪、x轴加速度计、y轴加速度计、z轴加速度计、x轴磁强计、y轴磁强计、z轴磁强计、温度传感器你、卫星接收双天线、卫星信号解算组件，获得的数据通过最优尔曼滤波器进行融合，具体的算法如下：

(1)利用三轴陀螺仪、三轴加速度计和地磁测得数据进行姿态位置解算，惯性导航系统的误差状态方程为：

X₁＝F_l(t)X_l(t)+G_l(t)W_l(t)

(2)采用双天线检测运动体方位角以及俯仰角，卫星导航定位的位置，速度用状态空间模型表示为：

X_G＝F_GX_G+G_GW_G

误差状态向量：

X_G＝[δL_G δλ_G δh_G δ_VGN δh_VGE δh_VGD] 。

6.主板中的二次稳压模块具有输入9V-36V大范围电压，一次供电电源通过对外连接口与二次稳压模块连接，为卫星板卡提供恒定5V直流电压和为惯性测量等组件提供电源，减小极地温度变化对装置性能的影响。

7.加速度测量信号、陀螺测量信号、磁场强度信号分别经过信号处理及滤波组件经过模拟信号和数字信号的转换输入到控制器中。

8.卫星接收组件与ARM控制器通过RS422双全工方式的通讯协议，惯性导航组件的信息和卫星导航组件原始数据通过RS422通讯输出到PC上位机，通过PC机可以下载完整的星历信息，记录极地环境卫星接收的状况，并且对卫星接收组件在线配置输出配置，选择GPS和北斗卫星或其他卫星导航，输出信号的频率设置等。

9.移动存储器负责惯性感知等组件和卫星接收组件的数据存储，以及用户操作的日志记录，将用户操作时的时间、地点、操作事项以后缀名为.log的文件形式保存，用PC上位机软件读取数据，进行离线数据下载分析，具有数据反复擦除再记录的特点。