CN109669192A - 水声试验中多站点距离和方位测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种水声试验中多站点距离及方位测量仪，属于水声定位导航及水声探测领域。本发明解决现有GPS手持机、无线电基站等无法同时接收多个子站的信息，不具备解算各子站与主站的距离方位，不便与声呐***测量结果实时比对等问题。本发明的主控单元通过总线与逻辑控制单元连接，主控单元通过FPC接口与人机界面单元连接，主控单元通过串口分别与方位姿态仪和GPS接收机连接；主控单元通过网口与外部无线电台连接，逻辑控制单元与外部声呐设备建立连接。本发明利用GPS定位技术和水下定位技术，在解决现有技术问题的同时，还具备与声呐***同步对时、为声呐***提供可调的较高精度的同步脉冲、与声呐***测量结果实时比对等功能。

Description

水声试验中多站点距离和方位测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及一种水声试验中多站点距离和方位测量仪及测量方法，属于水声定位导航及水声探测领域。

背景技术

在水声设备研制及使用过程中，湖海试验是必不可少的环节，在湖海试验中，距离测试和精度测试往往是不可或缺的试验项目，在这些试验项目中，往往需要记录各站点的位置信息进而计算距离及方位信息。目前，GPS手持机、无线电基站虽然具有记录位置信息功能，但是均无法实现自动获取和显示多个子站的信息，不具备解算各子站与主站的距离方位信息的功能，且不便与水下***测量结果实时比对。因此，提供一种便携式的能够实时获取并显示多个站点的位置信息并实时解算各子站与主站的距离及方位信息的同时，可以与水下声呐***实现同步对时的水声试验中多站点距离及方位测量仪是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有GPS手持机无法接收多个子站的信息，不具备解算各子站与主站的距离方位，不便与声呐***测量结果实时比对等问题，提供了一种水声试验中多站点距离及方位测量仪。

本发明的技术方案：

水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：包括主控单元、逻辑控制单元、人机界面单元、GPS接收机和方位姿态仪，主控单元通过总线与逻辑控制单元连接，主控单元通过FPC接口与人机界面单元连接，主控单元通过串口分别与方位姿态仪和GPS接收机连接；主控单元通过网口与外部无线电台连接，逻辑控制单元与外部声呐设备建立连接，所述的主控单元为移植Linux操作***的ARM微处理器，逻辑控制单元为CPLD芯片。

优选的：所述的主控单元和逻辑控制单元之间采用数据总线和地址总线作为并行数据传输接口，主控单元通过片选、读使能和写使能控制信号实现对逻辑控制单元的控制；主控单元通过字符型设备驱动程序中的接口函数调用实现对逻辑控制单元的操作。

优选的：所述的主控单元分别与信息获取模块、距离方位解算模块和数据保存模块连接；所述的信息获取模块包括GPS接收机、方位姿态仪，所述的GPS接收机、方位姿态仪通过串口分别与主控单元连接；所述的数据保存模块为数据存储器。

优选的：所述的数据存储器包括U盘和SD卡。

优选的：所述的逻辑控制单元包括信息交互模块、同步对时模块和同步脉冲产生模块连接；所述的逻辑控制单元控制信息交互模块与主控单元按照指定的读写时序要求和通信协议进行通信；所述的同步对时模块实现逻辑控制单元接收并执行人机界面单元下达的命令；所述的同步脉冲产生及校准模块逻辑控单元通过对外部晶振分频实现同步脉冲可调，并通过高精度GPS秒脉冲校准以提高同步脉冲精度，为声呐设备提供校准的高精度的同步脉冲。

优选的：所述的人机界面单元电容式触摸屏，主控单元采用移植Qt的方式完成人机界面单元的显示操作界面的设计与实现，主控单元通过驱动程序以及相关配置文件实现对人机界面单元的操作控制。

优选的：所述的人机界面单元显示GPS接收机、方位姿态仪和逻辑控制单元工作状态，各站点的地理位置信息、各子站的连接状态、各子站与主站的距离和方位、大地坐标系下各站点的相对位置信息，并具有下达同步时间和同步周期的指令，查询当前同步状态和同步周期的指令。

优选的：使用水声试验中多站点距离及方位测量仪的方法包括以下步骤，

步骤一，对水声试验中多站点距离及方位测量仪进行上电运行，初始化主控单元、逻辑控制单元和人机界面单元；

步骤二，主控单元设置串口和网口配置信息，设置逻辑控制单元配置信息；

步骤三，主控单元根据配置信息，检测GPS接收机、方位姿态仪和逻辑控制单元工作状态；

步骤四，当接收GPS接收机、方位姿态仪监测数据成功，且逻辑控制单元状态正常时，主控单元检测人机界面是否出现人机事件，同时主控单元等待回复各子站询问信息，当监测数据接收失败或逻辑控制单元状态异常时，则退回至步骤二重新开始；

步骤五，成功回复各子站询问信息，即主站准备就绪后，等待各子站连接，当未能成功回复时，退回至步骤四重新开始；

步骤六，子站连接后，主控单元中等待接收成功连接的子站的数据，当子站未能成功连接时退回至步骤五重新开始；

步骤七，主控单元根据通信协议成功接收成功连接的子站的数据后，主控单元对GPS接收机、方位姿态仪监测数据和子站数据同时保存至U盘对应文件夹内，并在所述人机界面单元完成各站点信息显示，同时主控单元对数据进行解算处理得到对应子站与主站的距离方位，解算成功后主控单元将其保存至指定文件夹内，并在人机界面完成子站与主站的距离方位信息显示，若解算失败，则退回至步骤七重新开始；

步骤八，在步骤五、步骤六和步骤七进行的同时，若人机界面单元出现人机事件，主控单元读取人机界面单元指令，并与所述逻辑控制单元通过信息交互模块完成指令的交互，若未出现人机事件，则退回至步四重新开始。

附图说明

图1是本发明的水声试验中多站点距离及方位测量仪的***框图；

图2是本发明的水声试验中多站点距离及方位测量仪的***各单元组成框图；

图3是是本发明的水声试验中多站点距离及方位测量仪的工作流程图；

图4是本发明的同步脉冲校准的流程图。

具体实施方式

结合附图1至图4说明本发明具体实施方式：本发明水声试验中多站点距离及方位测量仪，如图1所示，包括主控单元、逻辑控制单元、人机界面单元、GPS接收机和方位姿态仪。其中，主控单元为移植Linux操作***的ARM微处理器，逻辑控制单元为CPLD芯片；人机界面单元为电容式触摸屏。如图2所示，主控单元包括信息获取模块、距离方位解算模块，数据保存模块，信息交互模块和多任务管理模块；逻辑控制单元包括信息交互模块、同步对时模块和同步脉冲产生及校准模块；人机界面单元包括显示模块和指令下达模块。

主控单元与GPS接收机通过串口连接，实现主站地理位置信息获取；主控单元与方位姿态仪通过串口连接，实现主站的三维姿态信息(水平航向、仰俯、横滚)获取；主控单元与各子站通过无线电通信实现各子站位置信息及三维姿态信息的获取，其中网络通信采用可靠性较高的TCP协议。

主控单元与逻辑控制单元之间采用通信速率快、稳定性高的总线通信方式；选取数据总线和地址总线作为并行数据传输的接口，主控单元通过片选、读使能、写使能等控制信号实现对逻辑控制单元的控制；主控单元通过字符型设备驱动程序中的***函数调用实现对所述逻辑控制单元的操作。

主控单元通过FPC接口与人机界面单元连接，主控单元采用移植Qt的方式完成人机界面单元显示操作界面的设计与实现，并通过驱动程序以及配置文件实现对人机界面单元的操作。

如图4所示，可调的较高精度的同步脉冲产生模块通过所述逻辑控单元对外部晶振分频实现同步脉冲可调，并采用GPS接收机的秒脉冲在一定清零周期内消除外部晶振产生的累积误差，以提高同步脉冲精度，同步脉冲产生模块为声呐设备提供较高精度的同步脉冲。

如图3所示，为主控单元如何实现主站信息获取、各子站信息获取、同步指令选取与执行等多任务处理。使用水声试验中多站点距离及方位测量仪的方法包括以下步骤，

第一步，水声试验中多站点距离及方位测量仪***上电运行，初始化所述主控单元、所述逻辑控制单元及所述人机界面单元，配置串口、网口及相关参数，所述主控单元等待接收GPS数据及三维姿态数据、检测子站连接、检测子站人机事件等；

第二步，主控单元检测GPS接收机和方位姿态仪工作状态，接收GPS接收机和方位姿态仪监测数据，当GPS接收机及方位姿态仪工作且GPS接收机进入导航模式后，主控单元根据GPS数据及方位姿态仪数据分别进行接收、处理、显示、保存，若失败则退回至第一步重新开始；

第三步，主控单元与各子站通信时，主控单元根据配置信息等待各子站连接，子站向主控单元先发出连接请求，主控单元校验子站地址，校验成功后接收子站连接并在人机界面单元更新子站的状态，根据通信协议校验并接收子站发送的信息，检验成功后进行数据保存以及解算对应子站与主站的距离方位，解算完毕后在人机界面单元显示子站的状态及地理位置信息、与主站的距离方位、并在高斯坐标系下和地理坐标系下将相应站点位置图形化，若失败则退回至第一步重新开始；

第四步，在第三步进行的同时，主控单元检测人机界面单元是否出现人机事件，若出现，即在人机界面单元设定同步时间和同步周期、查询同步状态和同步周期，当GPS接收机时间与设定同步时间一致时，所述主控单元与所述逻辑控制单元通过总线通信的方式完成同步周期指令的传输，若未出现人机事件则退回至第一步重新进行检测。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：包括主控单元、逻辑控制单元、人机界面单元、GPS接收机和方位姿态仪，主控单元通过总线与逻辑控制单元连接，主控单元通过FPC接口与人机界面单元连接，主控单元通过串口分别与方位姿态仪和GPS接收机连接；主控单元通过网口与外部无线电台连接，逻辑控制单元与外部声呐设备建立连接，所述的主控单元为移植Linux操作***的ARM微处理器，逻辑控制单元为CPLD芯片。

2.根据权利要求1所述的水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：所述的主控单元和逻辑控制单元之间采用总线通信方式并行传输数据；主控单元通过字符型设备驱动程序实现对逻辑控制单元的操作与控制。

3.根据权利要求1所述的水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：主控单元包括信息获取模块、距离方位解算模块，数据保存模块，信息交互模块和多任务管理模块；所述的信息获取模块包括主站信息获取和各子站信息获取，主站信息获取通过GPS接收机和方位姿态仪，主控单元通过无线电台实现各子站信息获取；所述的数据存储模块为数据存储器，数据存储器与主控单元连接。

4.根据权利要求3所述的水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：所述的数据存储器包括U盘和SD卡。

5.根据权利要求1所述的水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：所述的逻辑控制单元包括信息交互模块、同步对时模块和同步脉冲产生及校准模块；所述的信息交互模块实现逻辑控制单元与主控单元按照指定的读写时序要求和通信协议进行通信；所述的同步对时模块实现逻辑控制单元接收并执行人机界面单元下达的命令，此过程由主控单元和逻辑控制单元通信完成指令的交互；所述的同步脉冲产生及校准模块逻辑控单元通过对外部晶振分频实现同步脉冲可调，并通过高精度GPS秒脉冲校准以提高同步脉冲精度，为外部声呐设备提供同步脉冲。

6.根据权利要求1所述的水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：所述的人机界面单元为电容式触摸屏，包括信息显示模块和指令下达模块，主控单元采用移植Qt的方式完成人机界面单元的显示操作界面的设计，主控单元通过驱动程序以及配置文件响应并执行人机界面单元的指令。

7.根据权利要求1所述的水声试验中多站点距离及方位测量仪，其特征在于：所述的人机界面单元显示GPS接收机、方位姿态仪和逻辑控制单元工作状态，各站点的地理位置信息、各子站的连接状态、各子站与主站的距离和方位、大地坐标系下各站点的相对位置信息，并具有下达同步时间和同步周期的指令，查询当前同步状态和同步周期的指令。

8.一种使用权利要求1所述的水声试验中多站点距离及方位测量仪的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一，对水声试验中多站点距离及方位测量仪进行上电运行，初始化主控单元、逻辑控制单元和人机界面单元；

步骤二，主控单元设置串口和网口配置信息，设置逻辑控制单元配置信息；

步骤三，主控单元根据配置信息，检测GPS接收机、方位姿态仪和逻辑控制单元工作状态；

步骤四，当接收GPS接收机和方位姿态仪监测数据成功，且逻辑控制单元状态正常时，主控单元检测人机界面是否出现人机事件，同时主控单元等待回复各子站询问信息，当监测数据接收失败或逻辑控制单元状态异常时，则退回至步骤二重新开始；

步骤五，成功回复各子站询问信息，即主站准备就绪后，等待各子站连接，当未能成功回复时，退回至步骤四重新开始；

步骤六，子站连接后，主控单元中等待接收成功连接的子站的数据，当子站未能成功连接时退回至步骤五重新开始；

步骤七，主控单元根据通信协议成功接收成功连接的子站的数据后，主控单元对GPS接收机、方位姿态仪监测数据和子站数据同时保存至U盘对应文件夹内，并在所述人机界面单元完成各站点信息显示，同时主控单元对数据进行解算处理得到对应子站与主站的距离方位，解算成功后主控单元将其保存至指定文件夹内，并在人机界面完成子站与主站的距离方位信息显示，若解算失败，则退回至步骤七重新开始；

步骤八，在步骤五、步骤六和步骤七进行的同时，若人机界面单元出现人机事件，主控单元读取人机界面单元指令，并与所述逻辑控制单元通过信息交互模块完成指令的交互，若未出现人机事件，则退回至步四重新开始。