[发明专利]低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘

权利要求书

1.一种低成本高精度高集成度的定位定向数字地质罗盘，其特征在于，包括：

倾斜角测量单元，由倾斜角传感器和驱动电路组成，用于测量所述罗盘任意放置时的俯仰角和横滚角的姿态数据；

方位角测量单元，由地磁传感器和驱动电路组成，用于测量所述罗盘任意放置时的方位角的姿态数据；

温度测量单元，用于测量所述罗盘内的温度，获取温度系数；

控制及运算单元，与所述倾斜角测量单元、方位角测量单元和温度测量单元连接，用于对所述俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，计算出俯仰角、横滚角和方位角；

位置测量单元，与所述控制及运算单元连接，用于获取经纬度、卫星时间和海拔的位置数据并提供给所述控制及运算单元；

提示单元，与所述控制及运算单元连接，用于将所述俯仰角、横滚角和方位角以及所述经纬度提示给用户；

存储单元，与所述控制及运算单元连接，用于存储所述俯仰角、横滚角和方位角；

所述控制及运算单元包括51单片机、接口仿真模块、后台定时中断服务模块和前台处理模块；

所述接口仿真模块，用程序实现仿真数字接口，用于实现所述倾斜角测量单元、方位角测量单元和位置测量单元与51单片机的连接；

所述后台定时中断服务模块，采用分配时间片的定时中断后台处理结构，定时控制所述倾斜角测量单元和方位角测量单元的数据采样测量工作；

所述前台处理模块，完成所述对俯仰角、横滚角和方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿，然后计算出俯仰角、横滚角和方位角的工作，并完成数据的显示功能；

所述控制及运算单元通过以下方式对所述俯仰角和横滚角姿态数据进行修正和温度系数补偿：

接收所述倾斜角测量单元测得的原始的一组六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据：Xq、-Xq Yq、-Yq、Zq和-Zq；

计算俯仰角和横滚角姿态数据中的最大值：

QFmax＝max(|Xq|，|-Xq|，|Yq|，|-Yq|，|Zq|，|-Zq|)；

将得到的六个方向的俯仰角和横滚角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其它五个方向的俯仰角和横滚角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

工作时测得的俯仰角和横滚角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值；

所述控制及运算单元通过以下方式对所述方位角姿态数据进行修正和温度系数补偿：

接收所述方位角测量单元测得的原始的一组六个方向的方位角姿态数据：Xm、-Xm、Ym、-Ym、Zm和-Zm；

计算方位角姿态数据的最大值：

MAGmax＝max(|Xm|，|-Xm|，|Ym|，|-Ym|，|Zm|，|-Zm|)；

将得到的六个方向的方位角姿态数据最大值定为单位球圆半径，其他五个方向的方位角姿态数据与该单位半径的比值即为各方向对应的放大系数；

工作时测得的方位角姿态数据除以对应方向的放大系数就得到非线性修正的测量值，再通过温度补偿系数的再修正，即得到一组在单位球圆上的采样修正值。

2.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，所述位置测量单元采用GPS或北斗星位置定位方式。

3.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，还包括通讯单元，所述通讯单元包括蓝牙无线通讯模块和天线，通过所述51单片机的物理串口使用蓝牙无线传输方式完成所述传送数据到外部接收设备的工作。

4.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，还包括通讯单元，与所述控制及运算单元连接，用于将各单元获得的原始数据或所述控制及运算单元根据原始数据计算得到的数据输出到外部接收设备。

5.如权利要求4所述的数字地质罗盘，其特征在于，所述通讯单元使用蓝牙、红外或者zigbee的无线传输方式，或者使用通用串口的有线传输方式。

6.如权利要求1所述的数字地质罗盘，其特征在于，还包括电源监控单元，与所述控制及运算单元连接，用于对数字地质罗盘的电池充电管理、监控剩余电量和进行A/D采样控制。

7.如权利要求6所述的数字地质罗盘，其特征在于，所述控制及运算单元包括51单片机，所述电源监控单元采用所述51单片机的A/D转换器实现。