CN114360322A - 一种便携式航海六分仪模拟器 - Google Patents

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CN114360322A CN202111491196.5A CN202111491196A CN114360322A CN 114360322 A CN114360322 A CN 114360322A CN 202111491196 A CN202111491196 A CN 202111491196A CN 114360322 A CN114360322 A CN 114360322A
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Abstract

本发明公开了一种便携式航海六分仪模拟器，涉及航海设备技术领域。本发明包括航海六分仪本体和背包件；航海六分仪本体与背包件插接配合；还包括姿态感应模块、虚拟场景显示模块、测角模块、中控模块；测角模块由角度传感器、角度传感器安装架、角度传感器安装座、联轴器依次装配而成。本发明通过采用高精度MEMS陀螺作为核心的姿态感应设备，与三轴罗盘相比，灵敏度更高，且不会受到地球磁场异常的干扰和电磁干扰。相比传统教学模拟设备，本产品摆脱了对室内电脑主机的及市电的依赖，可以装入背包去户外或者海上教学，更贴近真实环境，让学员充分感受到航海六分仪的应用场合及目标，更方便教学目的的达成。

Description

一种便携式航海六分仪模拟器
技术领域
本发明属于航海设备技术领域，特别是涉及一种便携式航海六分仪模拟器。
背景技术
航海六分仪模拟器是一种训练模式使用光学测角的仪器。观测天体和物标的高度、方位或方位夹角确定舰船位置，以及通过观测天体和物标的方位确定指向仪器零位误差，是航海人员必备的基本技能。天文航海技能是航海人员职业核心课程和航海任职教育主干课程的教学内容。
由于缺乏必要的模拟训练手段，只能通过对实际天体的实际观测进行天文航海技能训练。天文航海观测要求天体和水天线同时可见，测星定位只能在晴天早晚曙光期间进行，观测太阳定位只能在晴朗白天太阳高度适中时进行。据近5年海上实习执行情况统计，受阴雨多云天气或水天线不可见等环境条件影响，在70％的航行时间内难以正常开展测天训练；90％以上有效测天时段内只适合观测太阳高度训练，作为天文航海主要定位方法的测星定位技能训练往往难以开展或者训练时间严重不足，一些特殊时段特殊海区才能开展的技能训练也往往因为实际航行过程无法满足条件而难以实。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式航海六分仪模拟器，通过直接采用市面上成熟产品，在度盘底端轴处设置测角模块，可以感应到度盘的角度变化；在姿态感应模块里设置MEMS陀螺，可以测出模拟器的初始状态。通过线路将角度数据和姿态数据传回中控模块，经处理后发送至虚拟场景显示模块，达到虚拟场景切换的目的，从而完成实景测位测角到传感器虚拟场景训练的转变。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种便携式航海六分仪模拟器，包括航海六分仪本体和背包件；所述航海六分仪本体与背包件插接配合；还包括姿态感应模块、虚拟场景显示模块、测角模块、中控模块；
所述航海六分仪本体保留原有刻度弧、指臂、扇形架体和光学组件；所述扇形架体靠近指臂处固定连接有中心轴；所述指臂与中心轴转动配合；主体依旧采用原航海六分仪的度盘、指臂等架体结构以及读数装置，光学系统除了望远镜外其余皆予以保留，尽可能采用成熟产品以降低成本；
所述姿态感应模块安装在航海六分仪本体下方原电池盒位置；所述虚拟场景显示模块代替原有望远镜，且固定安装在扇形架体上的望远镜角尺架上；原望远镜重新设计制作，目镜由透镜替换为平面有机玻璃，在物镜端设置高清屏幕以及视频转接板、信号转接板，通过高清数据线与姿态感应模块的转接板相连，用以显示虚拟场景；
所述测角模块由角度传感器、角度传感器安装架、角度传感器安装座、联轴器依次装配而成；测角模块通过联轴器安装于中心轴处；在指臂下方中心轴处布置高精度的测角模块，通过特制的安装座和联轴器使其连接，达到测角的目的，并将所测数据传输到中控模块汇总整理；
所述中控模块输入端电连接有导线；所述导线一端固定连接有插头；所述插头与姿态感应模块插接配合。
进一步地，所述姿态感应模块包括手握设备盒上盖和手握设备盒底盖；所述手握设备盒上盖和手握设备盒底盖拼接形成姿态感应模块，且采取渐变的流线外形；使其符合人体工程学，手持起来更加舒适不易疲劳且有备防滑功能。
进一步地，所述手握设备盒底盖侧面设置有插座；所述插头与插座插接配合。
进一步地，所述姿态感应模块内部依次设置有MEMS陀螺、转接板Ⅰ、转接板Ⅱ、转接板Ⅲ；所述MEMS陀螺、转接板Ⅰ、转接板Ⅱ、转接板Ⅲ依次通过电连接。
进一步地，所述虚拟场景显示模块包括望远镜前端、望远镜盖子和望远镜中部壳；所述望远镜盖子与望远镜中部壳分别与望远镜前端两端螺纹转动配合；所述望远镜前端凹槽里设置有高清屏幕；所述望远镜盖子侧面固定安装有信号转接板、视频转接板；所述信号转接板、视频转接板通过高速数据线与高清屏幕与姿态感应模块电连接；所述望远镜中部壳另一端螺纹转动配合有目镜框；所述望远镜中部壳与目镜框之间卡接配合有有机玻璃；原望远镜重新设计制作，目镜由透镜替换为平面有机玻璃，在物镜端设置高清屏幕以及视频转接板、信号转接板，通过高清数据线与姿态感应模块的转接板相连，用以显示虚拟场景。
进一步地，所述中控模块包括箱体结构；所述箱体结构内部布置电源模块、锂电池、信息归纳处理器；所述箱体结构前部设置有防爆接头，并安装有控制器；所述锂电池与电源模块通过电连接；所述电源模块、信息归纳处理器均与控制器通过电连接。
进一步地，所述高清屏幕、MEMS陀螺、角度传感器、信息归纳处理器以及锂电池为航海六分仪模拟器电气组成部分；中控模块的功能接收外部指令，归纳并整理姿态感应模块及测角模块传输过来的数据，通过分析计算来控制虚拟场景显示模块中的高清屏幕里的场景图像的切换。
进一步地，所述背包件包括背包箱体；所述背包箱体侧面对称设置有背带；所述背包箱体内侧面对称固定连接有挤压弹簧；所述挤压弹簧一端固定连接有挤压板；所述背包箱体侧面开有穿线孔；所述中控模块放置在背包箱体内部，且中控模块输入端电连接的导线穿过穿线孔；所述背包箱体侧面位于穿线孔下方处固定连接有支撑板；所述支撑板侧面固定连接有挡板；所述挡板侧面贯穿设置有弧形滑轨；所述弧形滑轨一端固定连接有第一弧形板；所述弧形滑轨另一端滑动配合有第二弧形板；所述第一弧形板与第二弧形板一端均开有弧形卡槽；所述第二弧形板另一端开有环形滑槽；两所述弧形卡槽与刻度弧两端插接配合；所述弧形滑轨与环形滑槽滑动配合；所述第二弧形板位于环形滑槽端与挡板之间固定连接有弧形复位弹簧；新配置一个背包件，在户外教学时可以背负中控模块，学员只需手持航海六分仪本体即可进行教学训练。背包里的中控模块只需延伸出一根导线接入姿态感应模块，整个系统就可以正常工作，尽可能的轻便、易携行，能够满足长时间的训练、教学要求，不易疲劳。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明尽最大可能的利用现有航海六分仪结构，以降低成本；对兼具握把功能的姿态感应模块外壳体进行了人体工程学设计，手握部位尺寸是流线型的，既能安装进入各种电气元器件，又起到防滑的作用，长期握起不易疲劳。
2、本发明利用MEMS陀螺作为核心的姿态感应设备，与传统航海六分仪中的三轴罗盘相比，灵敏度更高，且不会受到地球磁场异常的干扰和电磁干扰，在特殊地点或者电子设备密布的处所，MEMS陀螺优势明显。
3、本发明采用新设计的专用中控模块，通过电缆与姿态感应模块相连，既可以处理各种姿态、角度数据信息，生成图像；又可以通过内置的20ah锂电池为各项子系统供电，一次可满足8小时的教学培训需求。相比传统教学模拟设备，本产品摆脱了对室内电脑主机的及市电的依赖，可以装入背包去户外或者海上教学，更贴近真实环境，让学员充分感受到航海六分仪的应用场合及目标，更方便教学目的的达成。
4、本发明背包件里的中控模块只需延伸出一根导线接入姿态感应模块，整个系统就可以正常工作，尽可能的轻便、易携行，能够满足长时间的训练、教学要求，不易疲劳。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种便携式航海六分仪模拟器的结构示意图。
图2为本发明的背包件的结构示意图。
图3为本发明的背包件俯视视角的结构示意图。
图4为本发明的姿态感应模块的结构示意图。
图5为本发明的虚拟场景显示模块的结构示意图。
图6为本发明的测角模块的结构示意图。
图7为本发明的中控模块的结构示意图。
图8为本发明的电气组成原理框图。
图9为本发明的软件控制流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-航海六分仪本体，2-背包件，3-姿态感应模块，4-虚拟场景显示模块，5-测角模块，6-中控模块，7-刻度弧，8-指臂，9-扇形架体，10-中心轴组件，11-角度传感器，12-角度传感器安装架，13-角度传感器安装座，14-联轴器，15-导线，16-手握设备盒上盖，17-手握设备盒底盖，18-插座，19-MEMS陀螺，20-转接板Ⅰ，21-转接板Ⅱ，22-转接板Ⅲ，23-望远镜前端，24-望远镜盖子，25-望远镜中部壳，26-高清屏幕，27-信号转接板，28-视频转接板，29-目镜框，30-机玻璃，31-箱体结构,32-电源模块，33-锂电池，34-信息归纳处理器，35-防爆接头，36-控制器，37-背包箱体，38-背带，39-挤压弹簧，40-挤压板，41-穿线孔，42-支撑板，43-挡板，44-弧形滑轨，45-第一弧形板，46-第二弧形板，47-弧形卡槽，48-环形滑槽，49-弧形复位弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9所示，本发明为一种便携式航海六分仪模拟器，包括航海六分仪本体1和背包件2；航海六分仪本体1与背包件2插接配合；还包括姿态感应模块3、虚拟场景显示模块4、测角模块5、中控模块6；航海六分仪本体1保留原有刻度弧7、指臂8、扇形架体9和中心轴组件10；扇形架体9靠近指臂8处固定连接有中心轴组件10；指臂8与中心轴组件10转动配合；中心轴组件10除了望远镜外其余皆予以保留；航海六分仪模拟器保留了原航海六分仪的大体框架，采取了在原有设备上改装的模式，直接采用市面上成熟产品，节约成本，提高制作效率；
姿态感应模块3安装在航海六分仪本体1下方原电池盒位置；姿态感应模块3是新设计的盒状结构，兼顾了握把的作用；
虚拟场景显示模块4代替原有望远镜，且固定安装在扇形架体9上的望远镜角尺架上；
测角模块5由角度传感器11、角度传感器安装架12、角度传感器安装座13、联轴器14依次装配而成；测角模块5通过联轴器14安装于中心轴组件10处；这些零件需要极高的加工、安装精度方才能满足角度传感器11在0.1°的精度要求，因此我们采用3D打印金属件来制作这些零部件，并在安装时验证其精度和平衡性；
中控模块6输入端电连接有导线15；导线15一端固定连接有插头；插头与姿态感应模块3插接配合；导线15穿过穿线孔41，同时将导线15一端的插头插接到插座18上，便于使用。
其中，姿态感应模块3包括手握设备盒上盖16和手握设备盒底盖17；手握设备盒上盖16和手握设备盒底盖17拼接形成姿态感应模块3，且采取渐变的流线外形；其外形设计考虑到人体工程学，采取渐变的流线外形，提高了舒适度，长期握起不易疲劳又起到防滑的作用。
其中，手握设备盒底盖17侧面设置有插座18；插头与插座18插接配合；姿态感应模块3内部依次设置有MEMS陀螺19、转接板Ⅰ20、转接板Ⅱ21、转接板Ⅲ22；MEMS陀螺19、转接板Ⅰ20、转接板Ⅱ21、转接板Ⅲ22依次通过电连接；用以转换汇总HDMI高清视频数据和角度、姿态数据，并通过布置在手握设备盒底盖17上的插座18完成中控模块6与虚拟场景显示模块4之间的数据交流。
其中，虚拟场景显示模块4包括望远镜前端23、望远镜盖子24和望远镜中部壳25；望远镜盖子24与望远镜中部壳25分别与望远镜前端23两端螺纹转动配合；望远镜前端23凹槽里设置有高清屏幕26；望远镜盖子24侧面固定安装有信号转接板27、视频转接板28；信号转接板27、视频转接板28通过高速数据线与高清屏幕26与姿态感应模块3电连接；望远镜中部壳25另一端螺纹转动配合有目镜框29；望远镜中部壳25与目镜框29之间卡接配合有有机玻璃30；虚拟场景显示模块4取代了原有的望远镜，是负责呈现虚拟场景的输出单元，新设计的目镜框29、有机玻璃30与望远镜中部壳25则组成了目镜部分，与望远镜前端23、望远镜盖子24和望远镜中部壳25、高清屏幕26、信号转接板27以及视频转接板28构成了虚拟场景显示模块4，而后整体安装在望远镜角尺架上。
其中，中控模块6包括箱体结构31；箱体结构31内部布置电源模块32、锂电池33、信息归纳处理器34；箱体结构31前部设置有防爆接头35，并安装有控制器36；锂电池33与电源模块32通过电连接；电源模块32、信息归纳处理器34均与控制器36通过电连接；在满足使用要求的情况下，考虑到便携和易于使用等因素，箱体结构31采用ABS塑料整体3D打印而成，保证结构小巧轻便，且做好防静电及散热处理。
其中，高清屏幕26、MEMS陀螺19、角度传感器11、信息归纳处理器34以及锂电池33为航海六分仪模拟器电气组成部分；航海六分仪模拟器软件采用系统服务的模式运行于Windows后台，采用.Net FrameWork4.5运行框架，开发语言为C#语言，开发环境为VisualStudio 2019；根据航海六分仪模拟器的组成单元和功能实现要求，软件分为数据采集模块，数据处理模块，数据发送模块。
其中，背包件2包括背包箱体37；背包箱体37侧面对称设置有背带38；背包箱体37内侧面对称固定连接有挤压弹簧39；挤压弹簧39一端固定连接有挤压板40；背包箱体37侧面开有穿线孔41；中控模块6放置在背包箱体37内部，且中控模块6输入端电连接的导线15穿过穿线孔41；通过将中控模块6整体置于背包箱体37内部，在挤压弹簧39的弹性作用力下，带动挤压板40将中控模块6夹持固定，将中控模块6输入端电连接的导线15穿过穿线孔41，且将一端的插头插进插座18中，完成中控模块6与虚拟场景显示模块4之间的数据交流；在户外教学时可以背负中控模块6，学员只需手持航海六分仪本体1即可进行教学训练。
其中，背包箱体37侧面位于穿线孔41下方处固定连接有支撑板42；支撑板42侧面固定连接有挡板43；挡板43侧面贯穿设置有弧形滑轨44；弧形滑轨44一端固定连接有第一弧形板45；弧形滑轨44另一端滑动配合有第二弧形板46；第一弧形板45与第二弧形板46一端均开有弧形卡槽47；第二弧形板46另一端开有环形滑槽48；两弧形卡槽47与刻度弧7两端插接配合；弧形滑轨44与环形滑槽48滑动配合；第二弧形板46位于环形滑槽48端与挡板43之间固定连接有弧形复位弹簧49；两弧形卡槽47与刻度弧7以及弧形滑轨44同圆心设置，不使用时，将航海六分仪本体1上的刻度弧7一端先插接到第一弧形板45上的弧形卡槽47中，在弧形复位弹簧49的弹性作用力下将第二弧形板46压着弧形滑轨44向上推动，至刻度弧7另一端插入第二弧形板46上的弧形卡槽47，被抵住，使得刻度弧7连同整个航海六分仪本体1被固定在第一弧形板45与第二弧形板46上；使用时，沿着弧形滑轨44向下拉动第二弧形板46，再向上拉出航海六分仪本体1即可。
本发明的具体工作原理为：
不使用时，将航海六分仪本体1上的刻度弧7一端先插接到第一弧形板45上的弧形卡槽47中，在弧形复位弹簧49的弹性作用力下将第二弧形板46压着弧形滑轨44向上推动，至刻度弧7另一端插入第二弧形板46上的弧形卡槽47，被抵住，使得刻度弧7连同整个航海六分仪本体1被固定在第一弧形板45与第二弧形板46上；使用时，沿着弧形滑轨44向下拉动第二弧形板46，再向上拉出航海六分仪本体1即可，在户外教学时可以背负中控模块6，学员只需手持航海六分仪本体1即可进行教学训练；在刻度弧7底端轴处设置测角模块4，可以感应到度盘的角度变化；在姿态感应模块3里设置MEMS陀螺19，可以测出模拟器的初始状态。通过线路将角度数据和姿态数据传回中控模块，经处理后发送至虚拟场景显示模块，达到虚拟场景切换的目的，从而完成实景测位测角到传感器虚拟场景训练的转变。该系统采用虚拟现实技术，通过传感器采集数据驱动模拟仿真软件系统，能实时模拟天体运行状况，真实的还原现实环境下太阳、地球及行星运动的情况，从而达到模拟接近现实的训练要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种便携式航海六分仪模拟器，包括航海六分仪本体(1)和背包件(2)；所述航海六分仪本体(1)与背包件(2)插接配合；
其特征在于：
还包括姿态感应模块(3)、虚拟场景显示模块(4)、测角模块(5)、中控模块(6)；
所述航海六分仪本体(1)保留原有刻度弧(7)、指臂(8)、扇形架体(9)和中心轴组件(10)；所述扇形架体(9)靠近指臂(8)处固定连接有中心轴(10)；所述指臂(8)与中心轴组件(10)转动配合；
所述姿态感应模块(3)安装在航海六分仪本体(1)下方原电池盒位置；
所述虚拟场景显示模块(4)代替原有望远镜，且固定安装在扇形架体(9)上的望远镜角尺架上；
所述测角模块(5)由角度传感器(11)、角度传感器安装架(12)、角度传感器安装座(13)、联轴器(14)依次装配而成；测角模块(5)通过联轴器(14)安装于中心轴组件(10)处；
所述中控模块(6)输入端电连接有导线(15)；所述导线(15)一端固定连接有插头；所述插头与姿态感应模块(3)插接配合。
2.根据权利要求1所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述姿态感应模块(3)包括手握设备盒上盖(16)和手握设备盒底盖(17)；所述手握设备盒上盖(16)和手握设备盒底盖(17)拼接形成姿态感应模块(3)，且采取渐变的流线外形。
3.根据权利要求2所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述手握设备盒底盖(17)侧面设置有插座(18)；所述插头与插座(18)插接配合。
4.根据权利要求3所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述姿态感应模块(3)内部依次设置有MEMS陀螺(19)、转接板Ⅰ(20)、转接板Ⅱ(21)、转接板Ⅲ(22)；所述MEMS陀螺(19)、转接板Ⅰ(20)、转接板Ⅱ(21)、转接板Ⅲ(22)依次通过电连接。
5.根据权利要求4所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述虚拟场景显示模块(4)包括望远镜前端(23)、望远镜盖子(24)和望远镜中部壳(25)；所述望远镜盖子(24)与望远镜中部壳(25)分别与望远镜前端(23)两端螺纹转动配合；所述望远镜前端(23)凹槽里设置有高清屏幕(26)；所述望远镜盖子(24)侧面固定安装有信号转接板(27)、视频转接板(28)；所述信号转接板(27)、视频转接板(28)通过高速数据线与高清屏幕(26)与姿态感应模块(3)电连接；所述望远镜中部壳(25)另一端螺纹转动配合有目镜框(29)；所述望远镜中部壳(25)与目镜框(29)之间卡接配合有有机玻璃(30)。
6.根据权利要求5所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述中控模块(6)包括箱体结构(31)；所述箱体结构(31)内部布置电源模块(32)、锂电池(33)、信息归纳处理器(34)；所述箱体结构(31)前部设置有防爆接头(35)，并安装有控制器(36)；所述锂电池(33)与电源模块(32)通过电连接；所述电源模块(32)、信息归纳处理器(34)均与控制器(36)通过电连接。
7.根据权利要求6所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述高清屏幕(26)、MEMS陀螺(19)、角度传感器(11)、信息归纳处理器(34)以及锂电池(33)为航海六分仪模拟器电气组成部分。
8.根据权利要求1所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述背包件(2)包括背包箱体(37)；所述背包箱体(37)侧面对称设置有背带(38)；所述背包箱体(37)内侧面对称固定连接有挤压弹簧(39)；所述挤压弹簧(39)一端固定连接有挤压板(40)；所述背包箱体(37)侧面开有穿线孔(41)；所述中控模块(6)放置在背包箱体(37)内部，且中控模块(6)输入端电连接的导线(15)穿过穿线孔(41)。
9.根据权利要求8所述的一种便携式航海六分仪模拟器，其特征在于，所述背包箱体(37)侧面位于穿线孔(41)下方处固定连接有支撑板(42)；所述支撑板(42)侧面固定连接有挡板(43)；所述挡板(43)侧面贯穿设置有弧形滑轨(44)；所述弧形滑轨(44)一端固定连接有第一弧形板(45)；所述弧形滑轨(44)另一端滑动配合有第二弧形板(46)；所述第一弧形板(45)与第二弧形板(46)一端均开有弧形卡槽(47)；所述第二弧形板(46)另一端开有环形滑槽(48)；两所述弧形卡槽(47)与刻度弧(7)两端插接配合；所述弧形滑轨(44)与环形滑槽(48)滑动配合；所述第二弧形板(46)位于环形滑槽(48)端与挡板(43)之间固定连接有弧形复位弹簧(49)。
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