[发明专利]一种基于偏振罗盘的航向与姿态参考系统

摘要

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。

主权项

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(1)、传感器模块(35)、接口电路一(30)、接口电路二(23)、接口电路三(12)、电源模块(9)、存储模块(10)、通信模块一(50)、通信模块二(51)、通信模块三(52)；其中，信息处理模块(1)包括三个微处理器即第一微处理器ARM(2)、第二微处理器ARM(3)和第三微处理器ARM(4)；传感器模块(35)包括气压传感器(36)、三轴加速度计(37)、三轴陀螺仪(38)、温湿度传感器(39)、GPS(40)、地磁传感器(41)以及仿生偏振罗盘(42)，其中仿生偏振罗盘由三个偏振传感器组成，偏振传感器一(47)、偏振传感器二(48)、偏振传感器三(49)；接口电路一(30)包括第一RS422(31)、接口一(32)；接口电路二(23)包括第一RS232(24)、第二RS422(25)及接口二(26)；接口电路三(12)包括接口三(18)，接口四(19)、第二RS232(20)及第三RS422(21)及接口五(22)；电源模块(9)包括锂电池(5)、保护电路(6)、降压电路(7)及升压电路(8)；存储模块(10)包括FLASH芯片(11)；通信模块一(50)包括隔离器(13)、反相器(14)、串口转232(15)、UART转422(16)及JTAG_A(33)；通信模块二(51)包括UART转422(16)及JTAG_C(17)；通信模块三(52)包括UART转232(29)、UART转422(28)及JTAG_B(27)；整个系统中，第一微处理器ARM(2)与第二微处理器ARM(3)间、第二微处理器ARM(3)与第三微处理器ARM(4)间通过串口进行连接，其中第一微处理器ARM(2)用于数据采集，第二微处理器ARM(3)用于导航处理，第三微处理器ARM(4)用于机器人控制；GPS(40)、地磁传感器(41)和仿生偏振罗盘(42)分别通过USART1(44)、I2C(45)、UART1(46)与第一微处理器ARM(2)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(2)中；气压传感器(36)、三轴加速度计(37)、三轴陀螺仪(38)通过SPI(43)与第二微处理器ARM(3)连接，将惯性信息传递到第二微处理器ARM(3)中；温湿度传感器(39)与第二微处理器ARM(3)连接；在接口电路一(30)中，第一RS422(31)通过UART转422芯片(34)与第一微处理器AMR(2)连接，接口一(32)通过JTAG_A(33)与第一微处理器ARM(2)连接；在接口电路二(23)中，第一RS232(24)、第二RS422(25)、接口二(26)分别通过UART转232芯片(29)、UART转422芯片(28)、JTAG_B(27)与第二微处理器ARM(3)连接；在接口电路三(12)中，接口三(18)、接口四(19)、接口五(22)通过隔离器(13)、反相器(14)、JTAG_C(17)与第三微处理器ARM(4)连接，第二RS232(20)、第三RS422(21)通过UART转232芯片(15)、UART转422芯片(16)与第三微处理器ARM(4)连接；在电源模块(9)中，锂电池(5)通过保护电路(6)、降压电路(7)、升压电路(8)与信息处理模块(1)连接，为系统供电；第三微处理器ARM(4)将所有导航数据存储到存储模块(10)的FLASH芯片(11)中；信息处理模块(1)通过第一微处理器ARM(2)对偏振、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(3)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(4)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(4)执行控制算法，将控制量转化为系统输出。