CN107063198A - 一种船载自稳定云台测量系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种船载自稳定云台测量系统的应用方法，包括以下步骤：步骤一，设定云台初始信号，并将云台初始信号输入比较器；步骤二，过姿态仪获取船体航向角和俯仰角的姿态信号输入比较器；步骤三，比较器对姿态信号和初始信号进行比较后输入给补偿控制器等步骤，该云台稳定控制系统采用嵌入式技术，不仅体积小，成本低，而且响应快，有效降低了海洋环境中震动及风速等外界因素的影响。

Description

一种船载自稳定云台测量系统及应用方法

技术领域

本发明涉及水道测量和海洋监测的技术领域，具体说是涉及一种用于对设定水域内的水深和海底地貌状况进行采样测绘或探测的船载自稳定云台测量系统及其应用方法。

背景技术

目前，海洋测绘的项目和内容正不断增加，对测绘方法以及测绘技术的研发和应用提出了越来越高的要求。在现实的航道测量中，由于海浪等海洋动力学因素的影响会使船舶出现摇晃等问题从而使测量仪器测得的数据存在误差，为了消除这一误差，可以用摄影系统中常用的云台搭载测量设备，使其在云台的控制下，实现稳定的测量环境。

发明内容

针对现有存在技术问题，本发明提供一种船载自稳定云台测量系统，该系统采用MEMS陀螺仪模块和磁力计组成的姿态解算模块比采用光学及挠性陀螺仪体积更小，功耗及成本更低，且抗冲击力更好；云台稳定控制系统采用嵌入式技术，不仅体积小，成本低，响应快，且经过多种传感器信息融合技术处理后，有效降低了海洋环境中震动及风速等外界因素的影响；能够消除或减轻运动摄像载体对测量的影响，大大提高测量数据的精度。

为了解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案予以实施：

一种船载自稳定云台测量系统的应用方法，包括以下步骤：

步骤一，设定云台初始信号，并将云台初始信号输入比较器；

步骤二，通过姿态仪获取船体航向角和俯仰角的姿态信号输入比较器；

步骤三，比较器对姿态信号和初始信号进行比较后输入给补偿控制器；

步骤四，补偿控制器根据比较后的信号通过相应的算法生成补偿信号；

步骤五，电机获得补偿信号后对云台进行反向偏转运动生成运动调整信号发送给云台输出装置；

步骤六，输出装置对换能器的姿态进行调整使其保持垂直向下的状态，从而保证换能器自身稳定，同时换能器将测得的船体当前位置水深信号发送给测深仪。

一种船载自稳定云台测量系统，包括船体，所述船体上设置有GNSS主机，所述船体底部设置有密闭吊舱，所述吊舱球心处设置有换能器，所述换能器垂直连接有测深仪，其上与云台的输出端连接，所述云台的输入端连接有姿态仪。

所述姿态仪采用MEMS陀螺仪。

所述云台还包括比较器、补偿控制器、电机和输出装置。

所述电机采用步进电机。

有益效果

1、本发明以单波束测深仪测量某一水域建立的自稳定云台测量系统。该云台测量系统通过对船体运动姿态和换能器初始信号比较并作出运动补偿，从而使换能器能在稳定的环境中进行工作，得到较为准确的数据。2、本发明提出的云台测量系统提供了一个自稳定的测量环境，消除了传统测量中的因船舶摇晃出现的测量漏空和数据不准等问题。3、本发明的半圆形密闭吊舱，能够使测量器件免受盐雾，烟尘，海水等的侵蚀，适用于海上的各种测量环境。4、本发明适用于所有因船体不规则运动在测量过程中产生误差的系统，在实际测量任务中，可以更换不同的设备，是一种多功能型的船载云台测量系统。

附图说明

图1是本发明一种船载自稳定云台测量系统示意图；

图2是本发明中云台电路原理示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细说明。

如图1所示，本发明提供一种船载自稳定云台测量系统，包括船体1，所述船体1上设置有GNSS主机2，所述船体1底部设置有密闭吊舱7，所述吊舱7球心处设置有换能器6，所述换能器6垂直连接有测深仪4，所述换能器6上与云台5的输出端连接，所述云台5的输入端连接有姿态仪3。所述姿态仪3采用MEMS陀螺仪。所述云台5还包括比较器51、补偿控制器52、电机53和输出装置54。所述电机53采用步进电机。其中，

船体1，任何用于海上测量的船，整个测量系统的硬件承托平台，装有导航系统，能提供准确的坐标定位信息；

GNSS主机2，设置在船体1的舱内，测定船体1的当前位置信息,GNSS主机2是采用GPS、北斗、GLONASS、Galileo等定位系统中任一种系统的装置；

云台5，为了应对海上作业的环境，选用的云台5应具备防盐雾、防腐蚀、防水，考虑到一般云台不具备这样的特点，因此本发明在船体底部专门设计半圆形密闭吊舱7，有效隔绝海水和盐雾等对云台5器件造成损坏的环境因素。除了能够适应不同的海上气候环境外，将换能器6至于吊舱7的球心处，在保持换能器能够稳定地垂直向下发射声音脉冲的情况下，能有效减小声波的折射现象，无论发射点在吊舱的任何位置都能保持入射角在零度左右；

MEMS陀螺姿态仪3，测定船体1的姿态和运动信息，MEMS陀螺姿态仪是一种高性能三维运动姿态测量系统，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器输出校准过的角速度，加速度，磁数据等，经过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据；本发明中的MEMS陀螺姿态仪的运算方法和结构都采用现有技术中已有的产品和技术方案,故不在说明书中进行详细描述；

测深仪4，设置在船体1舱内，测定航线当前位置的水深，测深仪4还可以更换为声纳，通过声纳采集水下目标的声纳图像，通常依据所执行的具体任务的不同选择使用不同的测量设备；

换能器6，固定在云台5上安装于密闭的半圆形吊舱内，能随云台5在水平面上转动、俯仰和摆动。同时与测深仪4相连接，当采用声纳进行探测时，换能器6相应更换为声纳换能器，在实际工作中依据具体的探测任务不同更换不同的探测设备，适用范围广。本发明中所采用的具体探测设备都为现有技术中所采用的设备，所以不对相关具体结构和运算方法进行描述和说明。

此外，如图2所示，本发明还可以采用一种船载自稳定云台测量系统的应用方法进行实现，包括以下步骤：

步骤一，设定云台5初始信号，并将云台5初始信号输入比较器51；

步骤二，通过姿态仪6获取船体航向角和俯仰角的姿态信号输入比较器51；

步骤三，比较器51对姿态信号和初始信号进行比较后输入给补偿控制器52；

步骤四，补偿控制器52根据比较后的信号通过相应的算法生成补偿信号；

步骤五，电机53获得补偿信号后对云台5进行反向偏转运动生成运动调整信号发送给云台输出装置54；

步骤六，输出装置54对换能器6的姿态进行调整使其保持垂直向下的状态，从而保证换能器6自身稳定，同时换能器6将测得的船体当前位置水深信号发送给测深仪4。

其中，比较器51，如图所示2，云台5的姿态补偿由闭环控制回路组成，给定云台5一个初始的工作状态，使得搭载的换能器6能够保持垂直向下发射声音脉冲。当船体1由于风浪的原因出现晃动时，姿态仪3将测得的船体1的航向角和俯仰角等姿态信息反馈到到比较器51，与初始稳定状态云台的航向角和俯仰角作比较，比较得出云台5的偏转角度后，云台的电机53将向偏转的反方向作出运动调整通过云台输出装置54控制换能器6，从而实现对换能器6的稳定控制。直至测量航程完成。

上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。

Claims (5)

1.一种船载自稳定云台测量系统的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，设定云台初始信号，并将云台初始信号输入比较器；

步骤二，通过姿态仪获取船体航向角和俯仰角的姿态信号输入比较器；

步骤三，比较器对姿态信号和初始信号进行比较后输入给补偿控制器；

步骤四，补偿控制器根据比较后的信号通过相应的算法生成补偿信号；

步骤五，电机获得补偿信号后对云台进行反向偏转运动生成运动调整信号发送给云台输出装置；

步骤六，输出装置对换能器的姿态进行调整使其保持垂直向下的状态，从而保证换能器自身稳定，同时换能器将测得的船体当前位置水深信号发送给测深仪。

2.一种船载自稳定云台测量系统，包括船体，其特征在于，所述船体上设置有GNSS主机，所述船体底部设置有密闭吊舱，所述吊舱球心处设置有换能器，所述换能器垂直连接有测深仪，其上与云台的输出端连接，所述云台的输入端连接有姿态仪。

3.根据权利要求2所述的一种船载自稳定云台测量系统，其特征在于，所述姿态仪采用MEMS陀螺仪。

4.根据权利要求2所述的一种船载自稳定云台测量系统，其特征在于，所述云台还包括比较器、补偿控制器、电机和输出装置。

5.根据权利要求2所述的一种船载自稳定云台测量系统，其特征在于，所述电机采用步进电机。