一种基于仿生偏振的水下组合导航系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111024076A(43)申请公布日2020.04.17(21)申请号201911391310.X(22)申请日2019.12.30(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人郭雷张腾杨健王陈亮胡鹏伟(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明邓治平(51)Int.Cl.G01C21/18(2006.01)G01C21/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种基于仿生偏振的水下组合导航系统(57)摘要本发明公开了一种基于仿生偏振的水下组合导航系统，包括水下仿生偏振模块，多普勒计程仪模块，惯性辅助模块，健康监测模块，水下导航信息控制处理器，存储模块，通信模块、电源模块以及接口电路。其中，水下仿生偏振模块采集偏振图像并解算导航信息；多普勒计程仪模块利用多普勒原理估计水下载体三维绝对速度；惯性辅助模块提供水下载体的位姿信息；健康监测模块能够实时监测系统健康；水下导航信息控制处理器负责信息融合处理。本发明基于自然界生物偏振感知特性和声多普勒效应实现仿生自主导航，能够为水下载体提供高可靠的位姿信息，适用于陌生海域、GPS拒止等水下环境复杂未知的应用领域。CN111024076ACN111024076A权利要求书1/2页1.一种基于仿生偏振的水下组合导航系统，其特征在于：它包括：水下导航信息控制处理器(1)、水下仿生偏振模块(2)、多普勒计程仪模块(3)、健康监测模块(4)、惯性辅助模块(5)、电源模块(6)、接口电路(7)、通信模块(8)和存储模块(9)；水下仿生偏振模块(2)能够获取偏振信息，并解算水下载体姿态信息，它包括：图像式偏振传感器(11)、RJ45接口(16)和偏振信息处理单元(10)；图像式偏振传感器(11)负责获取图像信息，并将图像信息发送到偏振信息处理单元(10)；偏振信息处理单元(10)接收来自图像式偏振传感器(11)的图像，提取偏振信息后解算姿态信息，并将姿态信息和偏振信息一起传输到水下导航信息控制处理器(1)；RJ45接口(16)负责图像式偏振传感器(11)和偏振信息处理单元(10)之间的数据传输；多普勒计程仪模块(3)能够通过声信号的频移估计水下载体的三维绝对速度，其控制换能器发送和接收声波信号，利用多普勒原理估计水下载体的三维绝对速度，并将速度信息通过RS232(36)接口传输到水下导航信息控制处理器(1)；健康监测模块(4)，由温度传感器(21)、压力传感器(22)、深度传感器(23)、泄漏检测单元(24)、过压报警装置(25)和运行时间监测单元(26)组成；健康监测中心处理器(20)能够实时监测系统所处环境的温度、深度和压力信息，同时它还配备泄漏检测单元(24)、过压报警装置(25)和运行时间监测单元(26)，能够在系统出现问题时第一时间反应到中心处理器，提醒外界采取保护措施；惯性辅助模块(5)由三轴陀螺仪(31)和三轴加速度计(32)组成，通过加速度计和陀螺仪采集数据进行辅助导航，并通过SPI(39)通信与水下导航信息控制处理器(1)信息传输；电源模块(6)，分别与各模块连接，电压经过调整稳压后为各个模块提供正常运转所需能源；接口电路(7)包括RS232接口(36)、CAN接口(37)和USART3接口(38)；USART3(38)接口和CAN(37)接口为预留接口，为以后接GPS实现水上辅助导航，同时用于水下导航系统与外界模块的数据传输；通信模块(8)包括SPI(39)、USART1(40)和USART2(41)；存储模块(9)与水下导航信息控制处理器(1)相连，用于系统采集的偏振信息、健康信息、惯导数据、计程仪数据以及解算的导航信息的存储；水下仿生偏振模块(2)利用图像式偏振传感器(11)采集图像式偏振信息，通过RJ45接口(16)通信将偏振图像信息传输到偏振信息处理单元(10)，提取图像各像素点的偏振度和偏振角，解算得到水下载体偏振信息和姿态信息，通过USART1(40)通信传输到水下导航信息控制处理器(1)；多普勒计程仪模块(3)中，声波-速度信息处理器(27)驱动发射机单元(28)内部电路工作，信号收发合置换能器(30)将电信号转换成声波信号，并捕捉反射回来的声信号，将其转换成电信号传输到声波-速度信息处理器(27)，声波-速度信息处理器(27)利用多普勒原理估计水下载体绝对速度，速度信息通过RS232(36)接口传输到水下导航信息控制处理器(1)；健康检测模块(4)内置温度传感器(21)、压力传感器(22)、深度传感器(23)、泄漏检测单元(24)、过压报警装置(25)和运行时间监测单元(26)，各传感器信息在健