CN106403947A - 一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，采用相结合的定点校准与惯性定位技术，在船舶上分布设置各个定点位置校准装置，在各个定点位置校准装置的射频信号范围内，通过射频广播传输技术，实时向人员身上所佩移动终端进行位置信息共享，并结合具体所设计的惯性运动检测模块，基于具体所设计的滤波电路，通过所获共享位置进行惯性定位，实现了船舶上人员的自我定位，并且定位精度高，定位速度快，克服了现有定位技术的缺点。

Description

一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***

技术领域

本发明涉及一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，属于船舶人员定位技术领域。

背景技术

定位是一种用于确认所处位置的技术，随着定位技术的不断普及，定位技术早已从军用层面拓展至民用方面，人们生活的方方面面都有着定位技术的应用，诸如导航定位、地理勘测等等方面，现有的定位技术包括卫星定位、基站定位、三角定位技术等等，但是现有各个定位技术在实际应用过程当中，都或多或少的存在着不少缺点，诸如遮挡是卫星定位技术的最大障碍，基于卫星通信传输的卫星定位技术，对于处于隧道中、桥梁下的对象，由于受到建筑的遮挡，影响卫星通信交互，就无法实现卫星定位；而对于基站定位、三角定位来说，必须需要基站或者三角位置设立的固定信号装置支持，使得在实际应用中，更加难于实现，并且定位精度低；因此，基于上述现有定位技术的缺点与不足，可知现有技术不足以承担船舶上的定位，众所周知，诸如游轮、矩形货轮上面积巨大，宛如一个小城，定位技术对于船舶上的人同样重要，但是，船舶上建筑的遮挡不适用卫星定位，并且特殊的环境，同样也不适合基站或是三角定位，因此，船舶上人员的定位技术急需有待开发，基于船舶上人员的定位技术，提高船舶上人员的乘船感受。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用相结合的定点校准与惯性定位技术，克服现有定位技术的缺点，能够有效实现船舶上高精度定位的船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，包括分布设置在船舶上的各个定点位置校准装置，以及佩戴在各个人员身上的各个移动终端；其中，各个定点位置校准装置分别包括第一控制模块，以及分别与第一控制模块相连接的第一电源模块、第一存储模块、射频发射模块，第一电源模块经过第一控制模块分别为第一存储模块、射频发射模块进行供电；各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离相等，各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频信号范围彼此相距30m-50m，且所有定点位置校准装置的射频信号范围加上彼此相邻范围覆盖船舶各个区域，各个定点位置校准装置中的第一存储模块分别存储对应定点位置校准装置所设置于船舶上的位置信息；各个移动终端分别包括惯性运动检测模块、第二控制模块，以及分别与第二控制模块相连接的第二电源模块、第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、滤波电路，其中，惯性运动检测模块包括陀螺仪和加速度传感器，陀螺仪与第二控制模块相连接，加速度传感器经过滤波电路与第二控制模块相连接，第二电源模块经过第二控制模块分别为第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、陀螺仪进行供电，同时，第二电源模块依次经过第二控制模块、滤波电路为加速度传感器进行供电；滤波电路包括运放器A1、运放器A2和运放器A3，运放器A1的同相输入端接地，运放器A1的反相输入端依次串联电阻R3、电阻R2和电阻R1，电阻R1上相对连接电阻R2的另一端为滤波电路输入端连接加速度传感器，并且电阻R3串联在运放器A1输出端与运放器A1的反相输入端之间；运放器A2的反相输入端和运放器A1的反相输入端相连，同时运放器A2的反相输入端依次与电容C1、电阻R4串联，并接地，电容C1串联在运放器A2的反相输入端与运放器A2的输出端之间，运放器A2的同相输入端与电阻R1串联；运放器A3的同相输入端与电容C2串联，并接地，且电阻R5串联在运放器A3的同相输入端与运放器A2的同相输入端之间，运放器A3的反相输入端与输出端相连，且运放器A3的输出端为滤波电路输出端连接第二控制模块；第二存储模块中存储船舶电子地图；各个定点位置校准装置中的射频发射模块与各个移动终端中的射频接收模块进行射频通信。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离为10-15米。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各个定点位置校准装置中的第一控制模块均为第一单片机，所述各个移动终端中的第二控制模块均为第二单片机。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各个定点位置校准装置中的第一电源模块均为船舶供电网络固定连接点；所述各个移动终端中的第二电源模块均为纽扣电池。

作为本发明的一种优选技术方案：所述移动终端中的图像显示装置为彩色触摸屏。

本发明所述一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明设计的船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，采用相结合的定点校准与惯性定位技术，在船舶上分布设置各个定点位置校准装置，在各个定点位置校准装置的射频信号范围内，通过射频广播传输技术，实时向人员身上所佩移动终端进行位置信息共享，并结合具体所设计的惯性运动检测模块，基于具体所设计的滤波电路，通过所获共享位置进行惯性定位，实现了船舶上人员的自我定位，并且定位精度高，定位速度快，克服了现有定位技术的缺点；

（2）本发明设计的船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***中，针对所述各个定点位置校准装置中射频发射模块，均进一步设计采用射频发射距离为10-15米的射频发射模块，针对各个定点位置校准装置所共享位置信息的有效范围进行限定，进一步提高了本发明所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***在实际船舶定位应用中的定位精度；

（3）本发明设计的船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***中，针对所述各个定点位置校准装置中的第一控制模块，均进一步设计采用为第一单片机，以及针对所述各个移动终端中的第二控制模块，均进一步设计采用为第二单片机，一方面能够适用于后期针对所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***的扩展需求，另一方面，简洁的控制架构模式能够便于后期的维护；

（4）本发明设计的船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***中，针对所述各个定点位置校准装置中的第一电源模块，均进一步设计采船舶供电网络固定连接点；以及针对所述各个移动终端中的第二电源模块，均进一步设计采用纽扣电池，电源配置灵活，实现方便，并且供电稳定，能够实现本发明所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***实际应用中的稳定工作。

附图说明

图1是本发明所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***的模块示意图；

图2是本发明所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***中滤波电路的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计了一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，包括分布设置在船舶上的各个定点位置校准装置，以及佩戴在各个人员身上的各个移动终端；其中，各个定点位置校准装置分别包括第一控制模块，以及分别与第一控制模块相连接的第一电源模块、第一存储模块、射频发射模块，第一电源模块经过第一控制模块分别为第一存储模块、射频发射模块进行供电；各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离相等，各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频信号范围彼此相距30m-50m，且所有定点位置校准装置的射频信号范围加上彼此相邻范围覆盖船舶各个区域，各个定点位置校准装置中的第一存储模块分别存储对应定点位置校准装置所设置于船舶上的位置信息；各个移动终端分别包括惯性运动检测模块、第二控制模块，以及分别与第二控制模块相连接的第二电源模块、第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、滤波电路，其中，惯性运动检测模块包括陀螺仪和加速度传感器，陀螺仪与第二控制模块相连接，加速度传感器经过滤波电路与第二控制模块相连接，第二电源模块经过第二控制模块分别为第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、陀螺仪进行供电，同时，第二电源模块依次经过第二控制模块、滤波电路为加速度传感器进行供电；如图2所示，滤波电路包括运放器A1、运放器A2和运放器A3，运放器A1的同相输入端接地，运放器A1的反相输入端依次串联电阻R3、电阻R2和电阻R1，电阻R1上相对连接电阻R2的另一端为滤波电路输入端连接加速度传感器，并且电阻R3串联在运放器A1输出端与运放器A1的反相输入端之间；运放器A2的反相输入端和运放器A1的反相输入端相连，同时运放器A2的反相输入端依次与电容C1、电阻R4串联，并接地，电容C1串联在运放器A2的反相输入端与运放器A2的输出端之间，运放器A2的同相输入端与电阻R1串联；运放器A3的同相输入端与电容C2串联，并接地，且电阻R5串联在运放器A3的同相输入端与运放器A2的同相输入端之间，运放器A3的反相输入端与输出端相连，且运放器A3的输出端为滤波电路输出端连接第二控制模块；第二存储模块中存储船舶电子地图；各个定点位置校准装置中的射频发射模块与各个移动终端中的射频接收模块进行射频通信。上述技术方案所设计的船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，采用相结合的定点校准与惯性定位技术，在船舶上分布设置各个定点位置校准装置，在各个定点位置校准装置的射频信号范围内，通过射频广播传输技术，实时向人员身上所佩移动终端进行位置信息共享，并结合具体所设计的惯性运动检测模块，基于具体所设计的滤波电路，通过所获共享位置进行惯性定位，实现了船舶上人员的自我定位，并且定位精度高，定位速度快，克服了现有定位技术的缺点。

基于上述设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***技术方案的基础之上，本发明还进一步设计了如下优选技术方案：针对所述各个定点位置校准装置中射频发射模块，均进一步设计采用射频发射距离为10-15米的射频发射模块，针对各个定点位置校准装置所共享位置信息的有效范围进行限定，进一步提高了本发明所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***在实际船舶定位应用中的定位精度；并且针对所述各个定点位置校准装置中的第一控制模块，均进一步设计采用为第一单片机，以及针对所述各个移动终端中的第二控制模块，均进一步设计采用为第二单片机，一方面能够适用于后期针对所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***的扩展需求，另一方面，简洁的控制架构模式能够便于后期的维护；而且针对所述各个定点位置校准装置中的第一电源模块，均进一步设计采船舶供电网络固定连接点；以及针对所述各个移动终端中的第二电源模块，均进一步设计采用纽扣电池，电源配置灵活，实现方便，并且供电稳定，能够实现本发明所设计船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***实际应用中的稳定工作。

本发明设计了船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***在实际应用过程当中，具体包括分布设置在船舶上的各个定点位置校准装置，以及佩戴在各个人员身上的各个移动终端；其中，各个定点位置校准装置分别包括第一单片机，以及分别与第一单片机相连接的第一电源模块、第一存储模块、射频发射模块，第一电源模块为船舶供电网络固定连接点，第一电源模块经过第一单片机分别为第一存储模块、射频发射模块进行供电；各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离相等，各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离为10-15米，各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频信号范围彼此相距30m-50m，且所有定点位置校准装置的射频信号范围加上彼此相邻范围覆盖船舶各个区域，各个定点位置校准装置中的第一存储模块分别存储对应定点位置校准装置所设置于船舶上的位置信息；各个移动终端分别包括惯性运动检测模块、第二控制模块，以及分别与第二控制模块相连接的第二电源模块、第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、滤波电路，其中，惯性运动检测模块包括陀螺仪和加速度传感器，陀螺仪与第二控制模块相连接，加速度传感器经过滤波电路与第二控制模块相连接，第二电源模块为纽扣电池，第二电源模块经过第二控制模块分别为第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、陀螺仪进行供电，同时，第二电源模块依次经过第二控制模块、滤波电路为加速度传感器进行供电；滤波电路包括运放器A1、运放器A2和运放器A3，运放器A1的同相输入端接地，运放器A1的反相输入端依次串联电阻R3、电阻R2和电阻R1，电阻R1上相对连接电阻R2的另一端为滤波电路输入端连接加速度传感器，并且电阻R3串联在运放器A1输出端与运放器A1的反相输入端之间；运放器A2的反相输入端和运放器A1的反相输入端相连，同时运放器A2的反相输入端依次与电容C1、电阻R4串联，并接地，电容C1串联在运放器A2的反相输入端与运放器A2的输出端之间，运放器A2的同相输入端与电阻R1串联；运放器A3的同相输入端与电容C2串联，并接地，且电阻R5串联在运放器A3的同相输入端与运放器A2的同相输入端之间，运放器A3的反相输入端与输出端相连，且运放器A3的输出端为滤波电路输出端连接第二控制模块；各个移动终端分别包括第二单片机，以及分别与第二单片机相连接的第二电源模块、第二存储模块、射频接收模块、彩色触摸屏、惯性运动检测模块，其中，惯性运动检测模块包括陀螺仪和加速度传感器，陀螺仪和加速度传感器分别与第二单片机相连接，第二电源模块为纽扣电池，第二电源模块经过第二单片机分别为第二存储模块、射频接收模块、彩色触摸屏、陀螺仪、加速度传感器进行供电，第二存储模块中存储船舶电子地图；各个定点位置校准装置中的射频发射模块与各个移动终端中的射频接收模块进行射频通信。实际应用过程当中，分布设置在船舶上的各个定点位置校准装置实时工作，各个定点位置校准装置中的第一单片机由与之相连接的第一存储模块中调取预先存储其在船舶上所设置的位置信息，然后第一单片机将所调取的位置信息发送至与之相连接的射频发射模块中，由射频发射模块实时向外广播发送，由于各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离为10-15米，则各个定点位置校准装置分别实时向外广播发送位置信息的有效适用范围，为以对应定点位置校准装置为中心、半径10-15米的区域，即对于各个移动终端来说，其中射频接收模块仅仅在定点位置校准装置为中心、半径10-15米的区域内方能接收到对应定点位置校准装置所广播的位置信息，然后的实际应用中，初始化佩戴有移动终端的人员位于其中任意一个定点位置校准装置的射频信号有效适用范围内，则移动终端中的射频接收模块即可接收来自对应定点位置校准装置所发出的位置信息，并输送至第二单片机当中，接着第二单片机由第二存储模块中调用预先所存储的船舶电子地图，结合所获得的位置信息，发送至彩色触摸屏上进行显示，实现了人员所在位置的初始定位，然后根据人员在船舶上的移动进行相应控制，实现实时定位，其中，当人员一直处于该定点位置校准装置射频信号有效适用范围内时，移动终端中的第二单片机一直根据该定点位置校准装置所广播发射的位置信息，结合由第二存储模块中调用的船舶电子地图进行实时定位，并发送至彩色触摸屏上进行显示；当人员移动出该定点位置校准装置射频信号有效适用范围，且未进入其它定点位置校准装置射频信号有效适用范围时，即位于相邻定点位置校准装置射频信号有效适用范围之间的区域时，移动终端中的第二单片机无法由与之相连接的射频接收模块接收到位置信息，则第二单片机随即控制与之相连接惯性运动检测模块中的陀螺仪和加速度传感器工作，基于最后一次所获位置信息为起始位置，进行惯性定位，由此继续实现实时定位，并发送至彩色触摸屏上进行显示；其中，惯性运动检测模块中的加速度传感器实时检测获得加速度信息，并上传至滤波电路当中，滤波电路针对所接收到的加速度信息进行实时滤波处理，滤除其中的噪声数据，以获得更加精确的加速度信息，然后滤波电路将经过滤波处理的加速度信息发送至第二单片机当中，第二单片机然后根据加速度信息和陀螺仪数据进行惯性定位；当人员再次移动至一个定点位置校准装置射频信号有效适用范围时，移动终端中的第二单片机随即通过与之相连接的射频接收模块接收到该定点位置校准装置所广播发送的位置信息，则第二单片机随即一方面控制惯性运动检测模块中的陀螺仪和加速度传感器停止工作，另一方面第二单片机接收该定点位置校准装置所广播发射的位置信息，结合由第二存储模块中调用的船舶电子地图进行实时定位，并发送至彩色触摸屏上进行显示，如此，通过上述设计，实现人员在船舶上移动过程中的高精度定位，并且此种方式不受现有定位技术的限制，而且定位精度高，能够有效提高船舶上人员的乘船体验，便于看展各项船舶活动。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，其特征在于：包括分布设置在船舶上的各个定点位置校准装置，以及佩戴在各个人员身上的各个移动终端；其中，各个定点位置校准装置分别包括第一控制模块，以及分别与第一控制模块相连接的第一电源模块、第一存储模块、射频发射模块，第一电源模块经过第一控制模块分别为第一存储模块、射频发射模块进行供电；各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离相等，各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频信号范围彼此相距30m-50m，且所有定点位置校准装置的射频信号范围加上彼此相邻范围覆盖船舶各个区域，各个定点位置校准装置中的第一存储模块分别存储对应定点位置校准装置所设置于船舶上的位置信息；各个移动终端分别包括惯性运动检测模块、第二控制模块，以及分别与第二控制模块相连接的第二电源模块、第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、滤波电路，其中，惯性运动检测模块包括陀螺仪和加速度传感器，陀螺仪与第二控制模块相连接，加速度传感器经过滤波电路与第二控制模块相连接，第二电源模块经过第二控制模块分别为第二存储模块、射频接收模块、图像显示装置、陀螺仪进行供电，同时，第二电源模块依次经过第二控制模块、滤波电路为加速度传感器进行供电；滤波电路包括运放器A1、运放器A2和运放器A3，运放器A1的同相输入端接地，运放器A1的反相输入端依次串联电阻R3、电阻R2和电阻R1，电阻R1上相对连接电阻R2的另一端为滤波电路输入端连接加速度传感器，并且电阻R3串联在运放器A1输出端与运放器A1的反相输入端之间；运放器A2的反相输入端和运放器A1的反相输入端相连，同时运放器A2的反相输入端依次与电容C1、电阻R4串联，并接地，电容C1串联在运放器A2的反相输入端与运放器A2的输出端之间，运放器A2的同相输入端与电阻R1串联；运放器A3的同相输入端与电容C2串联，并接地，且电阻R5串联在运放器A3的同相输入端与运放器A2的同相输入端之间，运放器A3的反相输入端与输出端相连，且运放器A3的输出端为滤波电路输出端连接第二控制模块；第二存储模块中存储船舶电子地图；各个定点位置校准装置中的射频发射模块与各个移动终端中的射频接收模块进行射频通信。

2.根据权利要求1所述一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，其特征在于：所述各个定点位置校准装置中射频发射模块的射频发射距离为10-15米。

3.根据权利要求1所述一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，其特征在于：所述各个定点位置校准装置中的第一控制模块均为第一单片机，所述各个移动终端中的第二控制模块均为第二单片机。

4.根据权利要求1所述一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，其特征在于：所述各个定点位置校准装置中的第一电源模块均为船舶供电网络固定连接点；所述各个移动终端中的第二电源模块均为纽扣电池。

5.根据权利要求1所述一种船舶环境智能滤波式定点校准惯性定位***，其特征在于：所述移动终端中的图像显示装置为彩色触摸屏。