CN114076594A - 一种分布式偏振光全球定位测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于分布式传感器、偏振光导航技术和自主全球定位测量领域，提供了一种分布式偏振光全球定位测量系统，主要由主设备、从节点设备和数据总线组成，其中从节点设备作为传感器测量设备，以分布式结构挂载在数据总线上；主设备作为控制设备，通过数据总线命令获取各从节点设备测量数据，进行数据解算与显示交互操作。通过该分布式偏振光定位测量系统，运用所述的偏振光定位传感器进行多方位或多设备测量，无需外部设备，可自主获得测量点的实时位置信息；配合所述的分布式多设备同步测量方案，能够实现传感器在复杂测量架构下的单总线同步测量。据此，该偏振光定位测量系统具有测量精度高、实时性好、鲁棒性强、设计灵活的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种自主全球定位测量系统，特别涉及一种基于分布式偏振光传感器的全球定位测量系统，属于分布式传感器、偏振光导航技术和自主全球定位测量领域。
背景技术
基于瑞利散射理论，太阳光在大气传输中发生单次散射，使得天空中的大气偏振分布状态呈现出一定的规律性。根据仿生学原理，通过测量局部大气散射光的实时偏振状态，可以获得当前的朝向与位置信息，实现自主导航。
目前，国内外有众多学者从事偏振导航技术的研究，但其中针对偏振光导航定位应用的研究较少；且现有的偏振光导航传感器与测量方案，都难以实现单设备定位或多设备同步定位的测量需求。
本发明提出了一种分布式偏振光全球定位测量系统，其包含一种集成式偏振光定位传感器，能够通过多方位或多设备测量方法，直接获得测量点的相关位置信息；并包含一种分布式多设备同步测量方案，该方案无需外部设备，能够实现多传感器在复杂测量架构下的单总线同步测量，极大地简化了偏振光定位测量系统的设计。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种分布式偏振光全球定位测量系统的实现方案，其内容包括一种基于Modbus总线协议的集成式偏振光定位传感器，和一种基于该传感器设备的分布式多设备同步测量方案。
本发明的技术方案：
一种分布式偏振光全球定位测量系统，主要由主设备、从节点设备和数据总线组成，其中从节点设备作为传感器测量设备，以分布式结构挂载在数据总线上；主设备作为控制设备，通过数据总线命令获取各从节点设备测量数据，进行数据解算与显示交互操作；
所述的从节点设备，为基于Modbus总线协议的集成式偏振光定位传感器；在通讯方式上，该集成式偏振光定位传感器采用基于RS485接口的Modbus RTU总线协议，支持主从模式的多设备协同通讯；针对该集成式偏振光定位的多场景应用，添加了主节点和辅助测量设备接口，并扩充了相应的Modbus二级指令集；
该集成式偏振光定位传感器集成了光偏振探测单元、地磁/惯性测量单元、实时时钟模块、气压计模块、信号处理核心、串行总线接口和电源管理模块；其中，光偏振探测单元获得天空偏振光的方向与强度信息；地磁/惯性测量单元获得测量点的地磁场信息和设备的姿态信息；实时时钟模块获得当前测量时刻的世界时间信息；气压计模块获得当前测量位置的海拔高度信息；信号处理核心分为AFE单元和DSP单元，其中AFE单元负责对光偏振探测单元输出的模拟信号进行整形和模数转换，并对地磁/惯性测量单元输出的数据进行格式处理，存储部分配置信息；DSP单元负责进行复杂数据的处理，运用从AFE单元获取的数据和自身获取的时间信息，解算传感器测量的相关位置结果，并通过串行总线接口，向主设备传输测量结果数据，或向辅助测量设备发送驱动配置信息；
所述的集成式偏振光定位传感器，通过测量天顶的大气偏振散射光，获得测量点的天空偏振信息，并结合自身提供的姿态信息、磁北信息和时间信息，进行多方位或多设备测量；其中，多方位测量只需单个传感器作为测量设备，但需要配合改变其测量朝向的辅助测量设备，该方法的设备成本低，系统简易，但测量实时性和精度较差，适用于成本紧张，且对定位精度要求不高的场合；多设备测量法需要运用多个传感器进行组合测量，其测量精度高，系统实时性与鲁棒性好，适用于多种测量场合。
之后，结合所有的测量数据，运用偏振光定位解算方法，直接获得当前测量位置的天空偏振方位信息、太阳位置信息和经纬度位置信息；
其中，偏振光定位解算方法的步骤如下：
S1：基于光偏振探测单元的测量数据，获得当前朝向的天空偏振方向角a，偏振度d和当前太阳相对位置信号量s；由如下公式获得该测量点在本征坐标系下的偏振方向矢量
S2：基于惯性测量单元测量的加速度计与陀螺仪数据，通过卡尔曼滤波方法，解算传感器在世界坐标系中的俯仰角φ和偏航角θ，获得集成式偏振光定位传感器的方向余弦矩阵
并利用如下公式修正传感器朝向，获得测量点在世界坐标系下的偏振方向矢量
S3：依据瑞利单次散射模型，天空中任意两个不平行的偏振方向矢量构成的平面，正交与观测点的太阳矢量；基于此，通过多次连续的分方向测量，或多设备实时测量，计算任意两个不平行的偏振方向矢量的向量积，理论上可获得观测点的太阳矢量；在该方法中，以两个测量方向偏振度d乘积的平方作为向量积的权重，按照如下公式计算多组偏振方向矢量测量结果的太阳矢量S0，其中n为测量自由度，i为向量积的组数；
S4：基于实时时钟模块，获得当前的世界时间UTC和日期数N，通过天文历表近似公式，解算当前赤纬角δ，和当地太阳时角ω与经度η的关系式ω(η)；
S5：基于气压计模块，获得测量点的大气压强p与华氏温度t，根据经验公式，解算当前的海拔高度h；其中，K0为绝对零度，P0为标准大气压强，均为已知量；
S6：基于地磁测量单元，获得当前地磁场强度的三维信息，获得当前位置的磁北夹角β；并根据IGRF-13国际地磁场模型，获得当前位置的磁偏角D与经度η、纬度ρ、海拔高度h之间的关系式D(η,ρ,h)；其中，N0为设定的迭代次数；
为余纬度，其与纬度ρ的代数和为90°；a为地球半径长度，是已知量；
均为迭代系数，通过查表法获得；
S7：根据坐标变换关系，由如下公式求出当前位置的太阳方位角A(η,ρ,h)和太阳高度角H；根据天文三角测量法，联立如下公式获得当前位置的经度η和纬度ρ；
所述的挂载主设备与从设备传感器节点的Modbus总线系统，使用了一种分布式多设备同步测量方案。在该方案中，偏振光定位测量系统采用分布式传感器架构，上述的偏振光定位传感器即可作为独立从节点，也可配合辅助设备形成组合从节点，各从节点设备通过Modbus总线与单一主设备连接，理论上最多可搭载255个分立的偏振光定位传感器设备。
在该测量方案中，提供了两种可供不同场合使用的主设备设计：一种为基于LabVIEW虚拟仪器界面开发的上位机数据采集分析系统，其采用图像化界面控制从设备的功能配置和数据采集，可在面板中显示当前所有挂载设备的解算数据，便于在个人电脑中使用；另一种为基于STM32微控制器开发的可编程总线控制器，其能够实现对从设备的配置管理，支持自定义多设备测量的数据解算，并能够实时显示和导出各子节点数据，便于在嵌入式系统中使用。
所述的测量方案，通过主从问询状态机机制，实现分布式传感器测量系统的配置管理，该机制的主要流程可分为四部分：总线初始化与节点配置、数据注册与同步采集、信息获取与位置解算、节点状态更新。
在上述主从问询状态机的轮询过程中，为实现同步测量，所述的测量方案采用了一种基于回环模式的任务同步机制，通过主设备发送广播命令，同步子节点的数据采集与解算过程，保证测量过程中各偏振光定位传感器节点的数据同步性，同时使所述测量方案能够在突发测量和同步测量中快速切换，提高了其适用性和测量效率。
本发明的有益效果如下：通过该分布式偏振光定位测量系统，运用所述的偏振光定位传感器进行多方位或多设备测量，无需外部设备，可自主获得测量点的实时位置信息；配合所述的分布式多设备同步测量方案，能够实现传感器在复杂测量架构下的单总线同步测量。据此，该偏振光定位测量系统具有测量精度高、实时性好、鲁棒性强、设计灵活的特点。
附图说明
图1为本发明的测量系统方案概念图。
图中：A为基于嵌入式系统使用的主设备，B为基于个人电脑使用的主设备。
图2为本发明中偏振光定位传感器的硬件模块图。
图中：1为光偏振探测单元，2为九轴惯性/磁场测量单元，3为前置差分放大滤波模块，4为电源管理与电压基准模块，5为FRAM存储单元，6为AFE单元，7为气压计模块，8为RS485接口模块，9为SDRAM存储单元，10为DSP单元，11为RTC模块。
图3为偏振光定位传感器解算过程中的方位角合成示意图。
图4(A)、4(B)为偏振光定位传感器的工作流程图。
图5为本发明中测量方案的主从问询状态机机制流程图。
图中，w1表示总线初始化与节点配置过程，w2表示数据注册与同步采集过程、w3表示信息获取与位置解算过程，w4表示节点状态更新过程。
图6为本发明中测量方案的回环任务同步机制状态图。
图中，c1表示任务处于定周期采样状态，c2表示任务完成单次采样后进入等待状态，c3表示任务返回状态c1。
图7为基于STM32平台的主设备架构图。
图8为基于LabVIEW平台的主设备架构图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明的附图对本发明的技术方案进行清楚的完整描述：
图1所示的分布式偏振光全球定位测量系统，由主设备，从节点设备和数据总线组成，其中从节点设备包含两类测量设备：独立的偏振光定位传感器和拥有辅助设备的分方向偏振光定位传感器模块，所有测量设备以分布式结构挂载在统一的数据总线上；主设备作为控制设备，通过总线命令获取各从节点测量数据，进行数据分析与显示交互操作，在该系统中，提供了两种可供不同场合使用的主设备设计：一种为基于LabVIEW虚拟仪器界面开发的上位机数据采集分析系统，便于在个人电脑中使用；另一种为基于STM32微控制器开发的可编程总线控制器，便于在嵌入式系统中使用。
图2表示了所述偏振光定位传感器的硬件构成。其中，光偏振探测单元1由六通道的硅光电二极管和对数放大电路组成，其输出的光电模拟信号，经过前置差分放大滤波模块3处理，送至AFE单元6进行简单的数据处理，在本设计中，AFE单元6选用了TI公司的高精度混合微处理器MSP430I2041，其内置了多路可编程的24位Δ-Σ型ADC，能够满足设计对于光电模拟信号测量精度的需求；AFE单元6通过SPI总线挂载了FRAM存储单元5，用以存储测量数据和配置信息；挂载了ICM-20948型九轴运动测量MEMS单元2，其内部包含一对共基轴的六轴IMU器件和三轴磁力计，用以获取当前的姿态和磁场信息；并挂载了MS5611型MEMS气压计，用以获取当前的海拔高度信息。DSP单元10通过数据总线接收AFE单元6输出的测量数据和RTC模块11的时间信息，进行多数据处理与位置结果解算，将结果通过RS485接口模块8送入Modbus总线，并运用驱动接口输出PWM信号，对辅助测量设备进行控制；DSP单元10选用了TI公司的C2000型实时控制DSP——TMS320F28379D，其采用双核架构，浮点运算速率可达800MIPS，并包含两个支持并行处理的CLA单元，支持多种外设单元，能够满足设计对于复杂数据运算的要求。
表1的数据表展示了传感器调用的Modbus二级扩充指令集，其中包含“扫描设备”、“使能/休眠设备”、“注册传感器数据类型”、“同步采集传感器数据”、“读取传感器数据”和“辅助设备驱动控制”指令。相比于标准协议使用的Modbus一级指令集，该扩充指令集简化了通讯步骤，易于使用，且拥有更高的通讯效率。
偏振光定位传感器的Modbus二级指令表
图3展示了所述偏振光定位传感器在位置解算过程中，各方位角的合成关系。其中，x0oy0坐标系为传感器体轴坐标系，在本方案中，该坐标系与传感器搭载惯性测量单元的惯性坐标系重合；xoy坐标系为传感器磁轴坐标系，在本方案中，该坐标系与传感器搭载地磁测量单元的磁场坐标系重合；在实际方案中，该传感器使用了集成的九轴惯性/磁场测量单元，故x0oy0与xoy坐标系是重合的。在该图中，S0表示当前的太阳矢量，NM表示该传感器测得的磁北方向，
表示地理中实际的正北方向；
表示测量点的天空偏振矢量，β表示该传感器中地磁测量单元测得的磁北偏角，D表示测量位置的磁偏角，A表示测量位置的太阳方位角。
图4说明了所述偏振光定位传感器的工作流程，其测量方法可分为多方位测量4(A)和多设备测量4(B)两类，其中，多方位测量法4(A)只需单个传感器作为测量设备，但需要配合能够改变其测量朝向的辅助测量设备，该方法的设备成本低，系统简易，但测量实时性和精度较差，适用于成本紧张，且对定位精度要求不高的场合；多设备测量法4(B)需要运用多个传感器进行组合测量，其测量精度高，系统实时性与鲁棒性好，适用于多种测量场合。针对该传感器的定位测量方法。对于两类测量方法，其具体步骤如下：
S1：基于多通道光偏振探测单元测量的数据，获得当前朝向的天空偏振方位角a，偏振度d，和当前太阳相对位置信号量s。其中，α的取值范围为[0,π]，d的取值范围为[0,1]，s的取值为±1。由公式(1)获得该测量点在本征坐标系下的偏振方向矢量
S2：基于惯性测量单元测量的加速度计与陀螺仪数据，通过卡尔曼滤波方法，解算传感器在世界坐标系中的俯仰角φ和偏航角θ，按照公式(2)获得传感器的方向余弦矩阵
并利用公式(3)修正传感器朝向，获得测量点在世界坐标系下的偏振方向矢量
S3：依据瑞利单次散射模型，天空中任意两个不平行的偏振方向矢量构成的平面，正交与观测点的太阳矢量。基于此，通过多次连续的分方向测量，或多设备实时测量，计算任意两个不平行的偏振方向矢量的向量积，理论上可以获得观测点的太阳矢量。在该方法中，以两个测量方向偏振度d乘积的平方作为向量积的权重，按照公式(4)、(5)计算多组偏振方向矢量测量结果的太阳矢量S0，其中n为测量自由度，i为向量积的组数。
S4：基于实时时钟模块，获得当前的世界时间UTC和日期数N，通过天文历表近似公式(6)、(7)，解算当前赤纬角δ，和当地太阳时角ω与经度η的关系式ω(η)。
ω(η)＝η+15°(UTC)-180° (7)
S5：基于气压计模块，获得测量点的大气压强p与华氏温度t，根据经验公式(8)，解算当前的海拔高度h。其中，K0为绝对零度，P0为标准大气压强，均为已知量。
S6：基于地磁测量单元，获得当前地磁场强度的三维信息，获得当前位置的磁北夹角β；并根据IGRF-13国际地磁场模型公式(9)，获得当前位置的磁偏角D与经度η、纬度ρ、海拔高度h之间的关系式D(η,ρ,h)。其中，N0为设定的迭代次数；
为余纬度，其与纬度ρ的代数关系如公式(10)所示；a为地球半径长度，为已知量；
均为迭代系数，可通过查表法获得。
S7：根据图3所示的方位角合成示意图和矢量投影关系，运用公式(8)、(9)，由太阳矢量S0求出当前位置的太阳方位角的关系式A(η,ρ,h)和太阳高度角H；根据天文三角测量法，联立公式(8)、(10)、(11)，可求得当前位置的经度η和纬度ρ。
sin H＝sinρsinδ+cosρcosδcosω(η) (11)
对于多方位测量法，S1～S7步骤全部由该偏振光定位传感器依次完成；对于多设备测量法，S1、S2、S4、S5、S6步骤首先由作为从节点设备的各偏振光定位传感器依次完成，在主设备获取了所有从节点设备回传的解算数据之后，S3、S7步骤由主设备依次完成。
图5展示了所述分布式多设备同步测量方案中，主从问询状态机机制的具体程序流程，其总体可分为四部分：总线初始化与节点配置w1、数据注册与同步采集w2、信息获取与位置解算w3、节点状态更新w4。该机制的详细步骤如下：
S1：总线初始化与节点配置。首先，主节点设备根据预设的各节点设备优先级，初始化总线和所有的传感器设备；之后，主节点设备向子节点从设备发送“扫描设备”指令，扫描总线上挂载的从节点设备信息，接收到该指令的从节点设备向其控制的子节点辅助测量设备发送“扫描设备”指令，扫描该从节点设备挂载的辅助测量设备信息；最后，主节点设备和从节点设备分别向其子节点设备发送“使能/休眠设备”指令，控制其工作状态。
S2：数据注册与同步采集。在主节点设备开启采集任务前，需要向从节点设备发送“注册传感器数据类型”指令，以定义主节点设备需要获取的数据类型信息；之后，主节点设备向总线发送“同步采集传感器数据”广播指令，接收到该指令的从节点设备同步进行数据采集；最后，主节点通过标准Modbus指令轮询读取首地址从节点设备的状态寄存器，并根据其结果判断该设备是否完成数据解算，若主节点设备接收到其同步信号，则进入下一流程。
S3：主节点设备从首地址从节点设备开始，按照从节点的地址顺序，依次发送“读取传感器数据”指令，并读取偏振光定位传感器设备注册过的解算数据；在获取了所有从节点设备回传的数据之后，由主节点设备完成剩余的数据处理，解算出当前测量点的相关位置信息。
S4：若还存在测量任务，由主节点设备向从节点设备发送“辅助设备驱动控制”指令，控制从节点中拥有辅助设备的分方向偏振光定位传感器模块，向其辅助测量设备更新控制信息；等待Modbus总线中各从设备节点及其辅助设备准备就绪后，返回S2，开始下一次测量。
图6展示了所述分布式多设备同步测量方案中，回环任务同步机制的核心状态转换方式，该过程发生在图6所示的，主从问询状态机机制流程的数据注册与同步采集3中，其转换过程如下：
S1：在完成数据注册后，作为从节点设备的偏振光定位传感器，循环运行状态c1，对测量目标执行定周期采样，实时更新内部数据；
S2：在接收到主设备广播的“同步采集传感器数据”指令后，传感器设备进入状态c2，首先终止定周期采样过程，之后执行单次采样并锁存解算结果，进入挂起态；
S3：当接收到主设备“读取传感器数据”的指令之后，传感器设备进入状态c3，将锁存的解算结果送回主设备，并解除挂起态，重新进入状态c1。
在测量方案中引入该机制，能够保证单总线多设备测量结果的同步性，同时使该测量方案能够在突发测量和同步测量中快速切换，提高了其适用性和测量效率。
图7展示了基于STM32平台的主设备结构。在架构上，该设备的硬件层以ST公司生产的STM32F427高性能微控制器作为处理核心，拥有多路RS485和UART硬件接口，并支持MicroSD和NAND FLASH的存储设备；该设备搭载FREE-RTOS实时操作系统，支持多线程与任务抢占；在该操作系统下，程序共有四个主线程，分别控制Modbus总线主从状态机轮询、多偏振光定位传感器的数据分析与解算、屏幕刷新与人机交互控制、挂载文件系统导入/导出数据。该主设备适用于嵌入式系统中，作为独立的Modbus总线控制器与传感器数据解算核心。
图8展示了基于LabVIEW平台的主设备结构。在接口上，该设备通过VISA虚拟串口连接偏振光定位传感器，利用FAT32文件接口将获取的数据信息写入文件系统；其软件运用LabVIEW开发环境进行设计，在程序中共有四个主要控件，其中，VISA控件用于控制串口的配置与数据传输；DSC控件提供Modbus操作指令，并对获取的数据进行记录与分析，将数据写入文件；数学运算控件负责对复杂数据进行实时解算；操作显示控件可实现用户初始化配置，中间过程与测量结果实时显示的功能。该主设备适用于个人电脑中，作为所述测量系统的上位机显示、控制与数据解算分析软件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种分布式偏振光全球定位测量系统，其特征在于，该分布式偏振光全球定位测量系统主要由主设备、从节点设备和数据总线组成，其中从节点设备作为传感器测量设备，以分布式结构挂载在数据总线上；主设备作为控制设备，通过数据总线命令获取各从节点设备测量数据，进行数据解算与显示交互操作；
所述的从节点设备，为基于Modbus总线协议的集成式偏振光定位传感器；在通讯方式上，该集成式偏振光定位传感器采用基于RS485接口的Modbus RTU总线协议，支持主从模式的多设备协同通讯；针对该集成式偏振光定位的多场景应用，添加了主节点和辅助测量设备接口，并扩充了相应的Modbus二级指令集；
该集成式偏振光定位传感器集成了光偏振探测单元、地磁/惯性测量单元、实时时钟模块、气压计模块、信号处理核心、串行总线接口和电源管理模块；其中，光偏振探测单元获得天空偏振光的方向与强度信息；地磁/惯性测量单元获得测量点的地磁场信息和设备的姿态信息；实时时钟模块获得当前测量时刻的世界时间信息；气压计模块获得当前测量位置的海拔高度信息；信号处理核心分为AFE单元和DSP单元，其中AFE单元负责对光偏振探测单元输出的模拟信号进行整形和模数转换，并对地磁/惯性测量单元输出的数据进行格式处理，存储部分配置信息；DSP单元负责进行复杂数据的处理，运用从AFE单元获取的数据和自身获取的时间信息，解算传感器测量的相关位置结果，并通过串行总线接口，向主设备传输测量结果数据，或向辅助测量设备发送驱动配置信息；
所述的集成式偏振光定位传感器，通过测量天顶的大气偏振散射光，获得测量点的天空偏振信息，并结合自身提供的姿态信息、磁北信息和时间信息，进行多方位或多设备测量；
之后，结合所有的测量数据，运用偏振光定位解算方法，直接获得当前测量位置的天空偏振方位信息、太阳位置信息和经纬度位置信息；
其中，偏振光定位解算方法的步骤如下：
S1：基于光偏振探测单元的测量数据，获得当前朝向的天空偏振方向角a，偏振度d和当前太阳相对位置信号量s；由如下公式获得该测量点在本征坐标系下的偏振方向矢量
S2：基于惯性测量单元测量的加速度计与陀螺仪数据，通过卡尔曼滤波方法，解算传感器在世界坐标系中的俯仰角φ和偏航角θ，获得集成式偏振光定位传感器的方向余弦矩阵
并利用如下公式修正传感器朝向，获得测量点在世界坐标系下的偏振方向矢量
S3：依据瑞利单次散射模型，天空中任意两个不平行的偏振方向矢量构成的平面，正交与观测点的太阳矢量；基于此，通过多次连续的分方向测量，或多设备实时测量，计算任意两个不平行的偏振方向矢量的向量积，理论上可获得观测点的太阳矢量；在该方法中，以两个测量方向偏振度d乘积的平方作为向量积的权重，按照如下公式计算多组偏振方向矢量测量结果的太阳矢量S0，其中n为测量自由度，i为向量积的组数；
S4：基于实时时钟模块，获得当前的世界时间UTC和日期数N，通过天文历表近似公式，解算当前赤纬角δ，和当地太阳时角ω与经度η的关系式ω(η)；
S5：基于气压计模块，获得测量点的大气压强p与华氏温度t，根据经验公式，解算当前的海拔高度h；其中，K0为绝对零度，P0为标准大气压强，均为已知量；
S6：基于地磁测量单元，获得当前地磁场强度的三维信息，获得当前位置的磁北夹角β；并根据IGRF-13国际地磁场模型，获得当前位置的磁偏角D与经度η、纬度ρ、海拔高度h之间的关系式D(η,ρ,h)；其中，N0为设定的迭代次数；
为余纬度，其与纬度ρ的代数和为90°；a为地球半径长度，是已知量；
均为迭代系数，通过查表法获得；
S7：根据坐标变换关系，由如下公式求出当前位置的太阳方位角A(η,ρ,h)和太阳高度角H；根据天文三角测量法，联立如下公式获得当前位置的经度η和纬度ρ；
2.根据权利要求1所述的分布式偏振光全球定位测量系统，其特征在于，该分布式偏振光全球定位测量系统包含两种供不同场合使用的主设备：一种为基于LabVIEW虚拟仪器界面开发的上位机数据采集分析系统，其采用图形化界面控制从设备的功能配置和数据采集，在面板中显示当前所有挂载设备的解算数据，便于在个人电脑中使用；另一种为基于STM32微控制器开发的可编程总线控制器，其能实现对从设备的配置管理，支持自定义多设备测量的数据解算，并能实时显示和导出各子节点数据，便于在嵌入式系统中使用。
3.根据权利要求1或2所述的分布式偏振光全球定位测量系统，其特征在于，该分布式偏振光全球定位测量系统，采用一种分布式多设备同步测量方案，该测量方案提供了所述测量系统的总线架构、单总线多设备测量机制和同步测量方法；
所述的分布式多设备同步测量方案，采用分布式传感器总线架构，所述的偏振光定位传感器即可作为独立从节点，也可配合辅助设备形成组合从节点，各从节点设备通过Modbus总线与单一主设备连接，最多可搭载255个分立的偏振光定位传感器设备。
4.根据权利要求3所述的分布式偏振光全球定位测量系统，其特征在于，所述的分布式多设备同步测量方案，通过主从问询状态机的单总线多设备测量机制，实现分布式传感器测量系统的配置管理；该测量机制的主要流程分为四部分，具体步骤如下：
S1：总线初始化与节点配置：首先，主节点设备根据预设的各节点设备优先级，初始化总线和所有的传感器设备；之后，主节点设备向子节点从设备发送“扫描设备”指令，扫描总线上挂载的从节点设备信息，接收到该指令的从节点设备向其控制的子节点辅助测量设备发送“扫描设备”指令，扫描该从节点设备挂载的辅助测量设备信息；最后，主节点设备和从节点设备分别向其子节点设备发送“使能/休眠设备”指令，控制其工作状态；
S2：数据注册与同步采集：在主节点设备开启采集任务前，需要向从节点设备发送“注册传感器数据类型”指令，以定义主节点设备需要获取的数据类型信息；之后，主节点设备向总线发送“同步采集传感器数据”广播指令，接收到该指令的从节点设备同步进行数据采集；最后，主节点通过标准Modbus指令轮询读取首地址从节点设备的状态寄存器，并根据其结果判断该设备是否完成数据解算，若主节点设备接收到其同步信号，则进入下一流程；
S3：主节点设备从首地址从节点设备开始，按照从节点的地址顺序，依次发送“读取传感器数据”指令，并读取偏振光定位传感器设备注册过的解算数据；在获取了所有从节点设备回传的数据之后，由主节点设备完成剩余的数据处理，解算出当前测量点的相关位置信息；
S4：若还存在测量任务，由主节点设备向从节点设备发送“辅助设备驱动控制”指令，控制从节点中拥有辅助设备的分方向偏振光定位传感器模块，向其辅助测量设备更新控制信息；等待Modbus总线中各从设备节点及其辅助设备准备就绪后，返回S2，开始下一次测量。
5.根据权利要求3所述的分布式偏振光全球定位测量系统，其特征在于，所述的分布式多设备同步测量方案，采用基于回环模式的任务同步测量方法，通过主设备发送广播命令，同步子节点的数据采集与解算过程；该测量方法在三个状态间循环切换，其具体步骤如下：
(1)在完成数据注册后，作为从节点设备的偏振光定位传感器，循环运行状态1，对测量目标执行定周期采样，实时更新内部数据；
(2)在接收到主设备广播的“同步采集传感器数据”指令后，传感器设备进入状态2，首先终止定周期采样过程，之后执行单次采样并锁存解算结果，进入挂起态；
(3)当接收到主设备“读取传感器数据”的指令之后，传感器设备进入状态3，将锁存的解算结果送回主设备，并解除挂起态，重新进入状态1。
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