[发明专利]一种船舶姿态复合检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶姿态检测领域，具体涉及一种船舶姿态检测装置，还涉及其专用的检测方法。

技术背景

船舶姿态检测作为船舶导航及控制领域的常规检测项目，其常用的方法是通过对船舶惯性信息或GPS导航仪接收信息进行采集与分析。其中惯性信息是通过对导航陀螺及分布于船舷舱内的加速度传感器进行采集实现；GPS导航仪的数据信息则是依据导航仪对绕地运行的GPS卫星数据进行解算分析完成的。由于传统船体的惯性信息测量方法一般存在不可修正的误差、且该误差会根据航行时间的增加而累加，最终导致系统测量精度下降；而常见的GPS导航仪的测量精度较低、卫星信号采集干扰较大，使其无法独立精准的完成船舶测姿任务。如何设计一款能准确进行船舶姿态测量的装置成为船舶导航与控制领域较为重要的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过对船舶运动状态数据的采集，实现船舶姿态的检测与估计，以保证船舶正常航行的装置，本发明的目的还在于提供一种船舶姿态复合检测装置专用的检测方法。

本发明的目的是这样实现:

一种船舶姿态复合检测装置，包括数据处理器、加速度传感器、GPS数据接收机和10自由度惯性传感器，其特征在于：传感器分散于船体四周，其中第一加速度传感器（Q1）、第二加速度传感器（Q2）、第三加速度传感器（Q3）、第四加速度传感器（Q4）均置于船体内部，位置处于水平面且分布于船舷两侧；第一GPS数据接收机（G1）、第二GPS数据接收机（G2）、第三GPS数据接收机（G3）的天线位于船舶甲板上，三台数据接收机放置位置的彼此连线所构成的三角形对称于船舶中轴线；10自由度惯性传感器（D1），安装于数据处理器上。

数据处理器的总输入电压为VIN，其电压值为24V；LM2596S-5.0降压芯片（U1）的管脚1与VIN相连，管脚2为输出电压端、其电压值为+5V，管脚3与管脚5接GND，管脚2与管脚4间接33uH的第一电感（L11）；200uF电容（CT1）两端分别接于VIN与GND之间，1000uF电容（CT2）、第一0.1uF电容（C132）两端分别接于+5V与GND之间；第二电感（L01）的两端分别接+5V及TPS75733芯片（U9）的管脚2；TPS75733芯片的管脚1与管脚3接GND、管脚4端产生+3.3V电压VCC；第一10kΩ电阻（R35）两端分别接TPS75733芯片的管脚5及VCC；第一1uF电容（C2）、第一100uF电容（CT2）的两管脚分别接于+5V与GND之间，第二1uF电容（C121）、第一10uF电容（CT6）的两管脚分别接于TPS75733芯片管脚2与GND之间；第三1uF电容（C128）、第二100uF电容（CT3）两管脚分别接于VCC与GND之间；SPX1117M3-1.8芯片（U10）的管脚3接+5V，管脚1接GND，管脚2端产生1.8V电压；第二0.1uF电容（C35）、第三100uF电容（C34）两管脚分别接于1.8V与GND之间；1.8V电压经过第三电感（L1）一端，另一端为VDDA1.8V，VCC电压经过第四电感（L2）一端，另一端记为VDDA3.3V，GND经过第五电感（L3）一端，另一端记为AGND，+5V电压经过第六电感（L0）一端，其另一端记为VDDA5V；TMS320F2808芯片（U2），管脚3、管脚46、管脚65、管脚82及管脚96接VCC，管脚10、管脚42、管脚59、管脚68、管脚85、管脚93接1.8V电压，管脚2、管脚11、管脚41、管脚49、管脚55、管脚62、管脚69、管脚77、管脚87、管脚89、管脚94接GND；20MHz石英晶振（Y11），其两端分别接TMS320F2808芯片的管脚86及管脚88；第一24pF电容（C181）两端分别接TMS320F2808芯片的管脚88及GND；第二24pF电容（C191）两端分别接TMS320F2808芯片的的管脚86及GND；TMS320F2808芯片的管脚90接GND；14针JTAG接口（CN31），引脚1与TMS320F2808芯片的管脚74连接，引脚2与TMS320F2808芯片的管脚84连接，引脚3与TMS320F2808芯片的管脚73连接，引脚7与TMS320F2808芯片的管脚76连接，引脚9与TMS320F2808芯片的管脚75连接，引脚11与TMS320F2808芯片的管脚75连接，引脚13与TMS320F2808芯片的管脚80连接，引脚14与TMS320F2808芯片的管脚81连接，引脚4、引脚8、引脚10、引脚12均接GND，引脚5接VCC；第一4.7kΩ电阻（R141）两端分别接TMS320F2808芯片的管脚81及VCC、第二4.7kΩ电阻（R131）两端分别接TMS320F2808芯片的管脚80及VCC、2.2kΩ电阻（R91）两端分别接TMS320F2808芯片的管脚84及GND；第三0.1uF电容（C23）两端分别接TMS320F2808芯片的管脚26及AGND；TMS320F2808芯片的管脚26与管脚15接VDDA3.3V；TMS320F2808芯片的管脚25、管脚14、管脚13、管脚39均接AGND；TMS320F2808芯片的管脚12与管脚40接VDDA1.8V；第四0.1uF电容（C24）、第五0.1uF电容（C25）两端分别接于VDDA1.8V及AGND之间；第二10kΩ电阻（R711）两端分别接于VCC与TMS320F2808芯片的管脚78之间；第六0.1uF电容（C681）两端分别接于GND与TMS320F2808芯片的管脚78之间；C721（22uF）两端分别接于GND与TMS320F2808芯片的管脚78之间；按键（KEY51）两端分别接于GND与TMS320F2808芯片的管脚78之间；第一2.2uF电容（C17）两端分别接AGND与TMS320F2808芯片的管脚37；第二2.2uF电容（C16）两端分别接AGND与TMS320F2808芯片的管脚36之间；22.1kΩ电阻（R3）两端分别接AGND与TMS320F2808芯片的管脚38之间TMS320F2808芯片的管脚24接AGND；ADR421ARM电压基准源芯片（U15），管脚2接VDDA5V；第二10uF电容（CT8）、第七0.1uF电容（C83）两端分别接于ADR421ARM电压基准源芯片的管脚2与GND之间；ADR421ARM电压基准源芯片的管脚4接AGND；ADR421ARM电压基准源芯片的管脚6产生基准电压记为VREF；ADR421ARM电压基准源芯片的管脚4与管脚6之间接第八0.1uF电容（C84）；ADR421ARM电压基准源芯片的管脚6与TMS320F2808芯片的管脚35连接；第九0.1uF电容（C61）、第十0.1uF电容（C71）、第十一0.1uF电容（C81）、第十二0.1uF电容（C91）、第十三0.1uF电容（C911）、第十四0.1uF电容（C511）为降噪电容其两端均接于VCC与GND之间；第十五0.1uF电容（C101、）、第十六0.1uF电容（C111）、第十七0.1uF电容（C121）、第十八0.1uF电容（C131）、第十九0.1uF电容（C141）、第二十0.1uF电容（C142）为降噪电容其两端均接于1.8V与GND之间；