CN112577484A - 一种小型气象探测设备应用的遥测装置 - Google Patents
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Abstract
一种小型民用气象探测设备的遥测装置,能够实现弹体姿态、环境力信息的实时监控与记录,满足200km范围内的数据监控。该装置包含:GPS单元,惯性测量单元,电源管理模块,数据记录仪,发射机,功分器、天线,开关模块,数据通信串口以及人机交互软件;惯性电路部分由三组电路构成,采用柔性相叠设计,下方放置电源管理模块,除提供电压外可以控制GPS单元启动,底部发射机和电源模块采用功分器分隔,两侧天线利用功分器与发射机形成回路,开关模块可以控制整个装置工作与否,脱落插座可外部供电并触发电池供电,最底部通过连接器可以实现和外部数据通信;GPS单元采用树脂外壳进行保护,本发明公开了遥测装置具体结构与尺寸。
Description
技术领域
本发明属于惯性导航测量技术领域,特别是涉及一种小型高空气象探测所应用到的惯性测量装置。
背景技术
随着导航中遥测技术的快速发展以及全球气候的变化,基于惯性测量的导航相关技术越来越受到人们以及相应企业的关注,尤其对于惯性测量装置的小型化、高动态、高精度等要求越来越严格,如某些高过载炮弹,为保证瞬时态数据测量和储存,均需提高惯性测量装置精度、范围以及可靠性等。由于受到诸多环境的制约,遥测装置综合化小型化是必然趋势。而此惯性遥测装置包含电池,启动装置,GPS,惯性测量单元在内。由于惯性器件体积问题,导致遥测装置的体积小型化成为一种必然技术。惯性导航装置主由陀螺仪、加速度计组成,组合导航包含了惯性导航、卫星导航、地磁等在内,是一个综合体。目前主要用于个人定位技术,无人机,导弹,水下机器人等各个方面。遥测技术目前已得到广泛应用。本发明基于组合导航技术,提出了一种小型民用气象探测设备的遥测装置,能够实现弹体姿态、环境力信息的实时监控与记录,满足200km范围内的数据监控。装置结构小型化,可以适合多种高动态环境下的导航。
与同领域的相关申请专利进行对比,本发明的创造性及优点较为明显。比如,申请号为:CN200910071447.7,专利名称是《一种微小型惯性测量装置》的专利,其采用的加速度传感器单元、信号调理电路部分、A/D转换模块以及DSP芯片构成的控制及数据处理部分组成;加速度传感器单元包括九个加速度传感器、安装在一个壳体内;加速度传感器单元的输出信号经过信号调理电路,输入到A/D转换模块;A/D转换模块的输出的信号进入DSP芯片构成的控制及数据处理部分。与本文相比,他没有公开遥测装置具体尺寸,并且无GPS和发射机等远距离接收装置。再比如,申请号为:CN201420357973.6,专利名称是《紧凑型三轴惯性测量装置》的专利,虽然公布了具体结构,但是仅仅只有三轴加速度计和陀螺仪。
发明内容
本发明的主要目的在于:面向小型气象探测设备,利用遥测装置存储惯性导航、GPS信息,进行姿态解算。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种小型民用气象探测设备的遥测装置,能够实现弹体姿态、环境力信息的实时监控与记录,满足200km范围内的数据监控。该装置包含:GPS单元,惯性测量单元,电源管理人机交互软件;惯性电路部分由三组电路构成,采用柔性设计,相叠摆放,下方放置电源管理模块,除提供电压外可以控制GPS单元启动,底部发射机和电源模块采用功分器分隔,两侧天线利用功分器与发射机形成回路,开关模块可以控制整个装置工作与否,最底部通过连接器可以实现和外部数据通信。
惯性测量单元:
包括加速度计,三轴陀螺仪,磁强计,温度传感器,A/D转换芯片,FPGA,ARM在内,采用三块直径为29mm的刚柔结合电路相叠摆放,传感器正交排列。这个惯性测量仓径36mm。
电源管理模块:
电源管理模块分别可以提供模拟电压6.5V为传感器供电,数字电压3.3V为ARM以及FPGA供电,提供两组5V电压分别为GPS单元和发射机供;模块提供PW-GT控制引脚可以控制GPS单元以及发射机的启动。
开关控制模块:
开关控制模块可以有效控制装置启动与供电,当开关模块触发线接入4-16V电压5s后,电池进行供电;如需要关闭装置,触发线接入4-16V电压2S,电池停止供电。
连接器仓:连接器仓由九针雷默连接器构成,分别定义为电池正极、电池负极、设备正极、设备负极、RS-422以及触发信号线。
电池仓:内部装有两节3.7V电池,以及开关控制模块,九针雷默连接器通过电源仓进入连接器仓。
现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明利用惯性测量单元工作时,很大程度避免了各高频信号相互之间的干扰。
(2)装置可整体或部分触发与关断,避免误操作;
(3)本发明合理利用空间,将装置结构尽可能小型化,为使用带来便利。
附图说明
图1为装置整体结构图;
图2为惯性测量单元结构示意图;
图3为电池仓结构示意图;
图4为连接器仓结构示意图;
具体实施方式
本发明提供的型民用气象探测设备的遥测装置结构图如图1所示:
一种小型民用气象探测设备的遥测装置,能够实现弹体姿态、环境力信息的实时监控与记录,满足200km范围内的数据监控。该装置包含:GPS单元,惯性测量单元,电源管理模块,数据记录仪,发射机,功分器、天线,开关模块,数据通信串口以及人机交互软件;惯性电路部分由三组电路构成,采用柔性设计,下方放置电源管理模块,除提供电压外可以控制GPS单元启动,底部发射机和电源模块采用功分器分隔,两侧天线利用功分器与发射机形成回路,开关模块可以控制装置工作与否,最底部通过连接器可以实现和外部数据通信。
具体步骤如下:
步骤1:利用自身雷默连接器和开关模块进行装置前供电检测,检查电池电压是否正常,以及通过脱落开关或者雷默插座进行手动装置触发。给予4-16V持续5S的电平来使电池进行供电,***开始工作,当***需要紧急关闭时,给予4-16V持续2S的电平,***关闭。
步骤2:底部拥有9针雷默连接器,可以进行电池电压检测,设备供电,装置触发,以及RS-422串口,***运作后,GPS单元以及发射机开始工作,为避免发射机测试时长时间工作带来的风险,可通过人机交互软件和串口进行发射机以及GPS单元的关闭。
步骤3:利用发射机和天线来进行200km内数据接收,或者利用底部422串口进行数据读取。
步骤4:根据加速度的值确定初始姿态角(初始欧拉角)进行对准。首先定义:
(1)绕x轴转φ角横滚角(2)绕y轴转θ角俯仰角(3)绕z轴转ψ角航向角。利用如下公式进行初始对准
(4)设初始航向角为0,即ψ=0
其中,f为加速度计输出。
(2)利用初始方向余弦矩阵求初始四元数:
(3)四元数更新,求解四元数微分方程,利用毕卡求解法的定时采样增量法求解四元数。
(4)由更新的四元数求欧拉角
θ=[2(ac-bd)]
Claims (5)
1.一种小型民用气象探测设备的遥测装置,能够实现弹体姿态、环境力信息的实时监控与记录,满足200km范围内的数据监控。该装置包含:GPS单元,惯性测量单元,电源管理模块,数据记录仪,发射机,功分器、天线,开关模块,数据通信串口以及人机交互软件;惯性电路部分由三组电路构成,采用柔性设计,下方放置电源管理模块,除提供电压外可以控制GPS单元启动,底部发射机和电源模块采用功分器分隔,两侧天线利用功分器与发射机形成回路,开关模块可以控制装置工作与否,最底部通过连接器可以实现和外部数据通信。
2.根据权利要求1所述的小型民用气象探测设备的遥测装置,其特征在于:惯性测量单元由三块PCB板柔性相连,相叠摆放,电路板间隔5毫米,传感器位于最上方正交排列组成;测量传感器件包括加速度计、陀螺仪、地磁传感器,整个惯性测量单元结构高度为61毫米,直径为36mm。
3.根据权利要求1或2所述的小型民用气象探测设备的遥测装置,其特征在于:利用功分器将惯性测量单元和发射机分隔开来,将发射机和天线通过功分器相连。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210330 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |