[发明专利]多传感器信息采集导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多传感器信息采集导航系统及方法。

背景技术

在智能水上载具的研发过程中，经常出现要同时采集处理多种传感器数据的情况。如果 所有传感器均与中央处理器相连接，那么开发人员需要对所有的传感器分别进行编程操作， 处理每一路传感器采集回的数据。这个过程需要耗费大量的运算资源，并且因为不同种类传 感器的参数不同(如传感器采集信息的速度，传感器和处理器通信的协议，传感器和处理器 通信的速度等)多种传感器的联调过程较为复杂，增加开发人员的开发难度。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了多传感器信息采集导航系统及方法，本发明 可根据需要连接不同传感器，本发明将自动识别传感器的种类、数据及通信方式，并对数据 做相应的解算处理，最终将获取到的原始数据以及处理后的数据通过串口(USART)打包发送给 上位机。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

多传感器信息采集导航系统，包括信息采集单元，所述信息采集单元将采集的信息传输 至处理器单元，处理器单元对信息进一步处理后打包发送至上位机，处理器单元接受来自上 位机的控制信息，所述处理器单元包括滤波模块、姿态解算模块、惯性导航模块、陀螺减摇 仪的控制模块；

滤波模块对采集的信息进行滤波处理并将处理后的数据传输至姿态解算模块，在姿态解 算模块中，对采集的信息进行解算，得出相应的惯性导航数据并将数据传输至惯性导航模块， 惯性导航模块对姿态解算得到数据进行分析，用于实现自动返航控制，陀螺减摇仪的控制模 块通过对姿态解算得到数据进行分析控制陀螺减摇仪的关闭或打开。

进一步的，所述处理器单元与上位机相连，可以接受来自上位机的控制信息，并根据控 制信息做出相应的控制动作。

进一步的，所述处理器单元还分别与存储卡模块及显示模块相连。

进一步的，所述处理器单元具有包含IIC接口、SPI接口、UART接口、FSMC接口在内的多 种数据输入输出接口。

进一步的，所述信息采集单元包括超声波测距仪、GPS定位仪、温湿度传感器、水深传感 器、陀螺仪、加速度计、电子罗盘、气压计及红外传感器。

进一步的，所述滤波模块采用卡尔曼滤波器算法对采集的信息进行一阶滤波。

进一步的，所述姿态解算模块采用姿态解算算法，对采集的加速度、角速度、磁偏角对 应的原始信息进行解算，得出作为惯性导航数据的距离、速度及航向角。

进一步的，所述惯性导航模块采用惯性导航算法，通过对姿态解算得到数据进行分析， 当水上载具移动时，处理器单元会记录下载具的位移信息，智能水上载具返航时可根据惯性 导航算法与GPS接收机所记录下的轨迹，控制船体的动力设备及转向设备，实现自动返航控制。

进一步的，所述陀螺减摇仪的控制模块通过对姿态解算得到数据进行分析，当船体Z轴偏 角超过一定阈值时，会打开陀螺减摇仪，减少船体的晃动，当船体晃动程度趋于稳定，关闭 陀螺减摇仪，使船体回正。

进一步的，处理器单元还通过GPRS通讯模块与远程接收端相连，信息采集单元采集的信 息经处理后记录在存储卡模块上，同时通过GPRS网络将信息发送至远程接收端，实现对采集 信息的记录和备份。

多传感器信息采集导航系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：系统自检，并将自检结果发送至上位机，同时显示在屏幕上；

步骤二：处理器单元检测是否连接有GPS接收机、陀螺仪、加速度计、电子罗盘，当均连 接的情况下开机，否则会报告传感器数目异常，不满足出海要求；

步骤三：初始化各传感器，进入待机状态，处理器单元收到上位机发送的启动指令后才 会进入正常运行状态；

步骤四：进入正常运行状态后，将GPS信号强度、经纬度、海拔高度、航行速度、航向角 信息以一定格式显示在屏幕上，此时处理器单元会根据内置的算法对数据进行处理，然后通 过串口发送到与之相连的上位机上；

步骤五：通过串口进行参数设置，包括传感器信息矫正、是否启用GPRS通讯模块、是否 启用自动返航功能、是否启用陀螺减摇仪的控制功能；参数设置完成后，检测上位机是否发 送动作指令，如果上位机发送动作指令，系统按照设置的参数进行相应的控制工作；如果上 位机未发送动作指令，系统维持现在的运动状态；

步骤六：等待关机指令，进行关机过程。