专利汇可以提供一种基于仿生偏振的水下组合导航系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 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。,下面是一种基于仿生偏振的水下组合导航系统专利的具体信息内容。
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),各传感器信息在健康检测中心处理器(20)融合处理,通过USART2(41)通信将健康信息传输到水下导航信息控制处理器(1),实时监测系统健康,并能在系统健康受到威胁时做出报警;水下导航信息控制处理器(1)负责将水下仿生偏振模块(2)的姿态信息、多普勒计程仪模块(3)的绝对速度信息以及惯性辅助模块(5)的位姿信息融合处理,实现水下自主导航。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述水下仿生偏振模块(2)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),其中图像式偏振传感器(11)由鱼眼镜头(12)、滤波转换器(13)、CCD照相系统(14)和图像缓存器(15)组成;图像式偏振传感器(11)以阵列式CCD偏振相机为主体,其上搭载极端广角鱼眼镜头,观测视角达180°,且每个观测方向上有四个检偏方向,工作时,图像信息经鱼眼镜头(12)进入系统,滤波转换器(13)进行去噪处理,CCD照相系统(14)在水下拍摄不同时刻图像信息,并缓存到图像缓存器(15)中,再通过RJ45接口(16)将图像传输到偏振信息处理单元(10)。
3.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述偏振信息处理单元(10)由图像特征提取分类器(17)、偏振导航信息解算芯片(18)和导航信息滤波器(19)组成;图像特征提取分类器(17)接收来自图像式偏振传感器(11)的图像信息,从中提取每个像素点偏振信息,偏振导航信息解算芯片(18)利用提取到的偏振信息解算水下载体的姿态信息,导航信息滤波器(19)对得到的姿态信息进行卡尔曼滤波,最后将滤波处理后信息通过USART1(40)发送到水下导航信息控制处理器(1)。
4.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述偏振信息处理单元(10)中图像特征提取分类器(17)接收到图像后,利用stokes矢量算法反向解算偏振度和偏振角,并确定各观测方向上的偏振矢量,偏振导航信息解算芯片(18)利用矢量叉乘法解算相应时刻的太阳矢量,并通过导航系与载体系之间的坐标转换求取姿态矩阵,从而得到姿态信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述多普勒计程仪模块(3)采用詹纳斯(Janus)配置,信号收发合置换能器(30)共有四个通道,采用相控阵技术触发各通道工作,每个通道在声波-速度信息处理器(27)的控制下,激励换能器发射声波,并捕捉反射回来的声信号,最后利用多普勒原理得到水下载体的绝对速度。
6.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述惯性辅助模块(5)通过三轴陀螺仪(31)和三轴加速度计(32)采集数据,解算得到水下载体的位置、速度和姿态导航信息,并将导航信息通过SPI(39)通信传输到水下导航信息控制处理器(1)进行辅助导航。
7.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述电源模块(6)包括:锂电池(33)、电压调整器(34)和稳压模块(35),能稳定输出3.3V、5V、12V和
24V电压,满足不同模块的供电需求。
8.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述存储模块(9)采用EEPROM存储器(42)。
9.根据权利要求1所述的一种基于仿生偏振的水下组合导航系统,其特征在于:所述水下导航信息控制处理器(1)融合处理各模块导航信息,其中水下仿生偏振模块(2)的姿态信息和惯性辅助模块(5)的姿态信息融合,以修正惯导长时间姿态积累误差;多普勒计程仪模块(3)的绝对速度信息和惯性辅助模块(5)的速度信息融合,以修正惯导长时间位置积累误差;处理器将姿态和位置信息经过卡尔曼滤波后,为水下载体提供高精度的位置、速度、姿态信息。
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