本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域、具體涉及一種重力梯度輔助ins的野外定位裝置。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的人加入到戶外運(yùn)動(dòng)的潮流中，其中戶外的定位設(shè)備也成為了很多戶外愛(ài)好者的必需裝備。常見(jiàn)導(dǎo)航設(shè)備大多依托于gps導(dǎo)航技術(shù)，其基本原理是利用gps星系在全球的分布，搜索衛(wèi)星精確的定位一個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯度，測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，指出接收機(jī)的具體位置。其技術(shù)的最大限制在于保持視線可視的環(huán)境，該系統(tǒng)還受外部環(huán)境的影響，這種傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)基于衛(wèi)星傳遞的信號(hào)，一旦到達(dá)信號(hào)接收的盲區(qū)，如在沙漠情況中，導(dǎo)航定位精度就不高，甚至無(wú)法定位，但是適合在城市使用。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(即ins)是從一個(gè)已知點(diǎn)的位置開(kāi)始，根據(jù)連續(xù)測(cè)得的加速度和角速度來(lái)推算下一個(gè)點(diǎn)的位置，是一種自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)，同時(shí)其工作的時(shí)候不需要接受外部信息，也不向外輻射能量，因而具有很強(qiáng)的隱蔽性。目前的導(dǎo)航技術(shù)一般采用以ins為主，以其他導(dǎo)航方法為輔助，用來(lái)提高導(dǎo)航精度。常見(jiàn)的輔助導(dǎo)航方式有g(shù)ps導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、無(wú)線電導(dǎo)航等，但是這些導(dǎo)航方法都要受到外部環(huán)境和信號(hào)的影響。

針對(duì)上述的缺點(diǎn)，該裝置采用重力梯度輔助ins的導(dǎo)航技術(shù)，既不接收也不向外輻射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不受外界環(huán)境干擾的自主導(dǎo)航功能。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)重力梯度儀對(duì)所在區(qū)域的重力梯度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，將實(shí)測(cè)重力梯度與導(dǎo)航基準(zhǔn)圖進(jìn)行匹配，從而提供位置信息。該裝置除了能實(shí)現(xiàn)野外無(wú)源導(dǎo)航，也能對(duì)導(dǎo)航過(guò)的軌跡信息進(jìn)行存儲(chǔ)、調(diào)用查看與導(dǎo)出設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。提出了一種可以實(shí)現(xiàn)不受信號(hào)、野外環(huán)境影響的自主式無(wú)源導(dǎo)航的重力梯度輔助ins的野外定位裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種重力梯度輔助ins的野外定位裝置，其包括：數(shù)據(jù)采集模塊、處理模塊、信息存儲(chǔ)模塊、電源模塊及按鍵液晶屏模塊；其中數(shù)據(jù)采集模塊主要包括三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀、三軸磁傳感器、氣壓傳感器及重力梯度儀，其中所述三軸加速度傳感器通過(guò)對(duì)三軸加速度傳感器內(nèi)的質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，計(jì)算出人所運(yùn)動(dòng)的路程；所述三軸陀螺儀，用于測(cè)角速度，就是一種基于自由空間移動(dòng)和手勢(shì)的定位和控制系統(tǒng)，根據(jù)輸出載體的角速度計(jì)算載體的姿態(tài)方向；所述三軸磁傳感器通過(guò)感應(yīng)地磁場(chǎng)的分布變化而指示被測(cè)物體的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)角度信息，對(duì)三軸加速度傳感器測(cè)出的參數(shù)進(jìn)行輔助和修正；所述氣壓傳感器通過(guò)傳感器輸出的氣壓值，計(jì)算出該位置的海拔高度；所述重力梯度儀對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的重力梯度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，與處理模塊里已知的導(dǎo)航基準(zhǔn)圖進(jìn)行匹配，從而提供位置信息；

所述處理模塊接受數(shù)據(jù)采集模塊、信息存儲(chǔ)模塊、電源模塊的信息輸入，并向信息存儲(chǔ)模塊和電源模塊提供輸出，處理模塊主要包括定位導(dǎo)航模塊、處理器接口模塊；所述處理器接口模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接，將采集到的數(shù)據(jù)輸入定位導(dǎo)航模塊，經(jīng)過(guò)定位導(dǎo)航模塊得到軌跡和當(dāng)前位置信息；

信息存儲(chǔ)模塊用于將處理模塊輸出的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并經(jīng)過(guò)用戶操作按鍵進(jìn)行選擇之后，有選擇性的輸出到按鍵液晶屏模塊進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步的，所述三軸加速度傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)三軸加速度傳感器內(nèi)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，基于牛頓第二定律，在兩次積分后，計(jì)算出人所運(yùn)動(dòng)的路程。

進(jìn)一步的，所述當(dāng)前位置信息包括所處的地方的海拔、經(jīng)緯度、相對(duì)于出發(fā)點(diǎn)的位移和偏轉(zhuǎn)角度。

進(jìn)一步的，所述電源模塊包括內(nèi)部i/o接口、外部usb接口，內(nèi)部采用2.4v鋰電池提供電量，內(nèi)部與處理器接口模塊相連，且內(nèi)部能獲取裝置的啟動(dòng)信號(hào)，一旦裝置的開(kāi)關(guān)功能打開(kāi)，電源模塊立即為處理模塊供電，實(shí)現(xiàn)處理模塊的自動(dòng)啟動(dòng)，在裝置的關(guān)閉功能打開(kāi)后，就通知處理模塊進(jìn)行休眠，外部usb接口用于對(duì)裝置進(jìn)行充電連接，運(yùn)用轉(zhuǎn)換器后還可以將裝置內(nèi)存儲(chǔ)的信息導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份。

進(jìn)一步的，所述按鍵液晶屏模塊包括液晶顯示屏、按鍵1、按鍵2、按鍵3、按鍵4、按鍵5、按鍵6，液晶顯示屏用于顯示相關(guān)位置信息、行走軌跡，按鍵1是電源開(kāi)關(guān)，按鍵2是存儲(chǔ)當(dāng)前信息，按鍵3是調(diào)用之前行走信息，按鍵4是當(dāng)前位置信息查看，按鍵5是行走路程與軌跡顯示，按鍵6是返回初始地路徑規(guī)劃；通過(guò)對(duì)不同功能按鍵的選擇，信息存儲(chǔ)模塊對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息就顯示到液晶顯示屏。

進(jìn)一步的，所述定位導(dǎo)航模塊采用多傳感數(shù)據(jù)融合算法進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)裝置的定位導(dǎo)航，獲得軌跡信息和當(dāng)前位置信息。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

本發(fā)明重力梯度輔助的ins野外定位裝置，能實(shí)現(xiàn)在戶外信號(hào)弱甚至沒(méi)有信號(hào)的情況下定位功能。該裝置主要運(yùn)用傳感器件采集原始數(shù)據(jù)，裝置能存儲(chǔ)之前行走信息并進(jìn)行調(diào)用查看、導(dǎo)出設(shè)備，最重要的是能實(shí)現(xiàn)不受外界環(huán)境、信號(hào)干擾的野外無(wú)源導(dǎo)航功能，是一種針對(duì)野外環(huán)境下的定位裝置，具有很大的先進(jìn)性，創(chuàng)新性與專業(yè)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的處理模塊實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖3為本發(fā)明的工作原理圖；

圖4為本發(fā)明處理模塊功能框圖及其與各模塊的關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：

如圖1所示，該發(fā)明由數(shù)據(jù)采集模塊1、處理模塊2、信息存儲(chǔ)模塊3、電源模塊4、按鍵液晶屏模塊5這五個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集模塊1主要由重力梯度儀6,、三軸加速度傳感器7、三軸磁傳感器8、氣壓傳感器9、三軸陀螺儀10組成，實(shí)時(shí)采集原始數(shù)據(jù)，并向處理模塊2提供輸出；屬于衛(wèi)星信號(hào)盲區(qū)情況下的野外定位導(dǎo)航領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集模塊1是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要是由三軸加速度傳感器7、三軸陀螺儀10、三軸磁傳感器8、氣壓傳感器9、重力梯度儀6這五個(gè)器件采集數(shù)據(jù)。三軸加速度傳感器7在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)三軸加速度傳感器內(nèi)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，基于牛頓第二定律，在兩次積分后，計(jì)算出人所運(yùn)動(dòng)的路程。三軸陀螺儀10測(cè)角速度，就是一種基于自由空間移動(dòng)和手勢(shì)的定位和控制系統(tǒng)，根據(jù)輸出載體的角速度計(jì)算載體的姿態(tài)方向。三軸磁傳感器8通過(guò)感應(yīng)地磁場(chǎng)的分布變化而指示被測(cè)物體的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)角度等信息，三軸磁傳感器8的采樣頻率不低于100hz,對(duì)三軸加速度傳感器7測(cè)出的參數(shù)進(jìn)行輔助和修正。氣壓傳感器9通過(guò)傳感器輸出的氣壓值，計(jì)算出該位置的海拔高度。重力梯度儀6對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的重力梯度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，與處理模塊里已知的導(dǎo)航基準(zhǔn)圖進(jìn)行匹配，從而提供位置信息；處理模塊2是整個(gè)裝置的核心，接受數(shù)據(jù)采集模塊1、信息存儲(chǔ)模塊3、電源模塊4的信息輸入，并向信息存儲(chǔ)模塊3和電源模塊4提供輸出，該模塊主要包括定位導(dǎo)航模塊14、處理器接口模塊13；接口模塊13與數(shù)據(jù)采集模塊1進(jìn)行i/o連接，將采集到的數(shù)據(jù)輸入定位導(dǎo)航模塊14，經(jīng)過(guò)定位導(dǎo)航模塊14得到軌跡和當(dāng)前位置信息，包括所處的地方的海拔、經(jīng)緯度、相對(duì)于出發(fā)點(diǎn)的位移和偏轉(zhuǎn)角度；信息存儲(chǔ)模塊3通過(guò)i/o接口分別處理模塊2、按鍵液晶屏模塊5連接，將處理模塊2輸出的信息輸入信息存儲(chǔ)模塊3，用戶操作按鍵12選擇功能之后，有選擇性、針對(duì)性的輸出到液晶屏11；電源模塊4包括內(nèi)部i/o接口15、外部usb接口16(這里我們采用usb2.0接口)，內(nèi)部采用2.4v鋰電池提供電量，內(nèi)部15與處理器接口模塊13相連，且內(nèi)部能獲取裝置的啟動(dòng)信號(hào)，一旦裝置的開(kāi)關(guān)功能打開(kāi)，電源模塊4立即為處理模塊2供電，實(shí)現(xiàn)處理模塊2的自動(dòng)啟動(dòng)，在裝置關(guān)閉功能打開(kāi)后，就通知處理模塊2進(jìn)行休眠，外部usb接口16用于對(duì)裝置進(jìn)行充電連接，運(yùn)用轉(zhuǎn)換器后還可以將裝置內(nèi)存儲(chǔ)的信息導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份；按鍵液晶屏5是交互式的，通過(guò)按鍵液晶屏5對(duì)裝置進(jìn)行操作，選擇不同功能，可以顯示運(yùn)動(dòng)的軌跡和當(dāng)前位置信息，包括所處的地方的海拔、經(jīng)緯度、相對(duì)于出發(fā)點(diǎn)的位移和偏轉(zhuǎn)角度是交互式的，通過(guò)接口與信息存儲(chǔ)模塊3相連，用戶根據(jù)需求，選擇不同的功能，按鍵12的功能設(shè)置有裝置開(kāi)關(guān)，存儲(chǔ)當(dāng)前信息，調(diào)用之前行走信息，當(dāng)前位置信息查看，行走路程與軌跡顯示，返回初始地路線規(guī)劃。選擇不同的功能后，調(diào)用存儲(chǔ)模塊的相應(yīng)信息，從而傳輸?shù)揭壕э@示屏。

處理模塊2包括處理器接口模塊13與定位導(dǎo)航模塊14，數(shù)據(jù)采集模塊1與處理器接口模塊13通過(guò)i/o接口連接，將原始信息數(shù)據(jù)輸入進(jìn)定位導(dǎo)航模塊14，得到軌跡和當(dāng)前位置信息，包括所處的地方的海拔、經(jīng)緯度、相對(duì)于出發(fā)點(diǎn)的位移和偏轉(zhuǎn)角度；

信息存儲(chǔ)模塊3與處理模塊2之間通過(guò)i/o接口相連，保存定位導(dǎo)航模塊14處理后輸出的信息，通過(guò)對(duì)按鍵液晶屏模塊5的操作，選擇需要不同的功能，信息存儲(chǔ)模塊3的數(shù)據(jù)信息就有選擇性的輸出到液晶界面；

電源模塊4主含2.4v鋰電池，包括內(nèi)部i/o接口15和外部usb2.0接口16，內(nèi)部i/o接口模塊15與處理器接口模塊13連接，該模塊能獲取裝置的啟動(dòng)信號(hào)，一旦裝置的開(kāi)關(guān)功能打開(kāi)，電源模塊4立即為處理模塊2供電，實(shí)現(xiàn)處理模塊2的自動(dòng)啟動(dòng)，在裝置的關(guān)閉功能打開(kāi)后，就通知處理模塊2休眠；外部usb2.0接口16通過(guò)數(shù)據(jù)線與外界設(shè)備連接，對(duì)電源模塊4充電，數(shù)據(jù)線連接轉(zhuǎn)換器，還可以將信息存儲(chǔ)模塊3的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份；

按鍵操作界面5包括液晶顯示屏11、按鍵1、按鍵2、按鍵3、按鍵4、按鍵5、按鍵6。液晶顯示屏11用于顯示相關(guān)位置信息、行走軌跡，按鍵1是電源開(kāi)關(guān)，按鍵2是存儲(chǔ)當(dāng)前信息，按鍵3是調(diào)用之前行走信息，按鍵4是當(dāng)前位置信息查看，按鍵5是行走路程與軌跡顯示，按鍵6是返回初始地路徑規(guī)劃；通過(guò)對(duì)不同功能按鍵的選擇，信息存儲(chǔ)模塊3對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息就顯示到液晶顯示屏11；

如圖2所示，處理模塊2的實(shí)現(xiàn)流程如下：

(1)當(dāng)裝置的按鍵1打開(kāi)時(shí)，電源模塊4檢測(cè)到裝置處于打開(kāi)狀態(tài)，電源模塊4自動(dòng)為處理模塊2提供2.4v的電壓，實(shí)現(xiàn)處理模塊2的自動(dòng)啟動(dòng)；

(2)當(dāng)裝置的按鍵1關(guān)閉后，電源模塊4獲取到裝置的狀態(tài)為關(guān)閉，通知處理模塊2進(jìn)行休眠；

如圖3所示，該發(fā)明主要含數(shù)據(jù)采集模塊1、處理模塊2、信息存儲(chǔ)模塊3、按鍵液晶屏模塊5、電源模塊4，且模塊之間都采用i/o接口；處理模塊2啟動(dòng)后，數(shù)據(jù)采集模塊1將采集到的原始數(shù)據(jù)輸入進(jìn)處理模塊2，處理后的定位導(dǎo)航信息暫時(shí)進(jìn)入信息存儲(chǔ)模塊3，信息存儲(chǔ)模塊3在接收到按鍵液晶屏模塊5的功能選擇信息后，返回到處理模塊2，實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航信息是否儲(chǔ)存的命令，信息存儲(chǔ)模塊3中的相關(guān)導(dǎo)航信息根據(jù)按鍵液晶屏模塊5的功能選擇，將存儲(chǔ)的信息對(duì)應(yīng)輸出到液晶屏上；

如圖4所示，處理模塊2的核心是處理器接口模塊13和定位導(dǎo)航模塊14，處理器接口模塊13通過(guò)i/o接口與數(shù)據(jù)采集模塊1、信息存儲(chǔ)模塊3、電源模塊接口相連，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部信息的傳遞；定位導(dǎo)航模塊運(yùn)用公開(kāi)的多傳感數(shù)據(jù)融合算法，累計(jì)誤差消除算法，實(shí)現(xiàn)裝置的定位導(dǎo)航，獲得軌跡信息和當(dāng)前位置信息，包括所處的地方的海拔、經(jīng)緯度、相對(duì)于出發(fā)點(diǎn)的位移和偏轉(zhuǎn)角度；

本發(fā)明采用重力梯度輔助ins的導(dǎo)航技術(shù)，提出一種新型的野外導(dǎo)航裝置，基于慣性傳感器件，能實(shí)現(xiàn)不受信號(hào)、野外環(huán)境影響的自主式無(wú)源導(dǎo)航。

以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。