[发明专利]悬浮抱杆的姿态监测装置及方法

权利要求书

1.一种悬浮抱杆的姿态监测装置，其特征在于，包括：安装在悬浮抱杆顶部中心的空间实时定位系统、安装在距悬浮抱杆顶部1/3位置的抱杆倾倒监测系统和上位机；所述空间实时定位系统用于提供其自身的三维位置坐标信息；所述抱杆倾倒监测系统用于提供悬浮抱杆四个角边的瞬态加速度和静态角度信息；所述上位机根据空间实时定位系统的三维位置坐标信息通过姿态解算得到悬浮抱杆轴心的实时空间位置和绝对倾角大小，并采用高斯牛顿姿态修正算法对抱杆倾倒监测系统进行姿态解算；

所述空间实时定位系统包括相连接的北斗导航模块、第一MCU模块和第一无线通信模块；所述抱杆倾倒监测系统包括相连接的，设置于悬浮抱杆的四个棱角处的四个陀螺仪和加速度集成传感器、第二MCU模块和第二无线通信模块；

对于所述空间实时定位系统，根据CGCS2000坐标系，利用姿态矩阵实现悬浮抱杆姿态的实时求解：

设空间实时定位系统接收的经纬度分别为α₀、β₀，地理坐标系原点(0，0，0)在CGCS2000坐标系下为则可得CGCS2000基线上任意点的坐标转换成地理坐标系下为：

假定空间实时定位系统初始化第一次采集的数据经过坐标转换后为(X₁,Y₁,Z₁)，第i次采集的为(X_i,Y_i,Z_i)，悬浮抱杆的长度为L，则由余弦定理可得悬浮抱杆的绝对倾角θ为：

通过高斯牛顿姿态修正算法求解得到各传感器实时修正的四元数值，反解四元数后并通过均值和最值比较，求解得到悬浮抱杆最终准确的实时倾角。

2.根据权利要求1所述的悬浮抱杆的姿态监测装置，其特征在于：所述上位机包括带有第三无线通信模块的地面数据接收端和带有第四无线通信模块的远程接收端；所述地面数据接收端连接空间实时定位系统和抱杆倾倒监测系统；所述远程接收端连接地面数据接收端。

3.根据权利要求2所述的悬浮抱杆的姿态监测装置，其特征在于：所述集成传感器采用承托平台固定。

4.根据权利要求3所述的悬浮抱杆的姿态监测装置，其特征在于：所述北斗导航模块采用北斗星通集团的OEM719板卡；所述第一MCU模块和第二MCU模块采用STM32F407系列单片机为控制核心；所述集成传感器采用MPU9225惯性导航模块；所述第一无线通信模块、第二无线通信模块和第三无线通信模块采用ESP8266模块；所述第四无线通信模块采用GPRS模块；所述承托平台为片状铝基板，周围分布有锚固孔用于与抱杆角钢锚固。