CN117590435B - 一种北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于校准设备技术领域,特别涉及一种北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法,包括有北斗一体机设备;转台,包括有旋转底座、设于旋转底座顶面的旋转轴与舵机A、与旋转轴传动连接的机械臂和与机械臂传动连接的舵机B;舵机A,用于控制北斗一体机设备的水平方向旋转的角度值;舵机B等。本发明中通过转台来控制舵机A的水平旋转角度和舵机B的水平倾斜角度,通过定位模块获取到经纬值,结合北斗三代同步卫星的位置以及地磁传感器值计算出需旋转的角度值,并且通过9轴传感器计算出旋转的角度值是否正确,如果不正确通过微调至正确位置,从而实现北斗三代的朝向实时且自动校准的效果。
Description
技术领域
本发明属于校准设备技术领域,特别涉及一种北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法。
背景技术
随着北斗三代的发展,各个行业的使用越来越广泛,尤其是在车载、船载类的使用更加广泛,但是在现有技术中高纬度地区短报文的使用时有丢包现象产生,其中朝向也是导致丢包的一个因素,另外其传统的北斗设备校准方法(图4所示),主要是根据环境手动调整朝向至功率最佳状态,调整到最佳状态后,基本就固定安装了,对于运动的设备很快朝向就不准,会导致北斗的发送成功率下降,因此亟需研发一种高精度的北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了克服现有技术中的不足,本发明提供一种高精度的北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法。
(二)技术方案
本发明通过如下技术方案实现:本发明提出了一种北斗三代的朝向自动校准装置,包括有北斗一体机设备;
转台,包括有旋转底座、设于旋转底座顶面的旋转轴与舵机A、与旋转轴传动连接的机械臂和与机械臂传动连接的舵机B;
舵机A,用于控制北斗一体机设备的水平方向旋转的角度值;
舵机B,与北斗一体机设备可拆卸式连接,用于控制北斗一体机设备倾斜的角度值;
机械臂,用于连接舵机B和旋转轴,主要是起到支撑设备的作用;
旋转轴:用于将机械臂固定在旋转底座上,同时可以前后调整,用于固定设备初始位置;
旋转底座:用于固定旋转轴,同时对设备进行旋转,控制设备的方位角;
定位模块,用于北斗一体机设备当前位置经纬度值的获取;
9轴传感器,用于计算出北斗一体机设备旋转的角度值;
控制单元,用于获取定位模块的定位信息以及9轴传感器的信息,并用于控制北斗一体机设备旋转角度。
优选地,所述9轴传感器由三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴地磁传感器构成;加速度传感器为MPU6050,MPU6050的传感器芯片可以进行参数配置输出角度值;地磁传感器的航向值参数为地磁传感器获取的方位角和加速度传感器和陀螺仪联合获取的倾斜角度。
本发明还提供一种北斗三代的朝向自动校准方法,基于上述北斗三代的朝向自动校准装置,
所述校准方法步骤如下:
①开始,进入下一个步骤;
②定位模块获取当前经纬度信息,且控制单元通过当前经纬度计算与卫星的距离L公式为:
;
其中,球心角为;
球心角的计算公式为:
;
其中公式中当前经纬度的坐标为(,/>),当前卫星的坐标为(/>,/>)地球的半径R,当前卫星的高度H;
进入下一个步骤;
③通过控制舵机A旋转北斗一体机设备至正确朝向,进入下一个步骤;
④通过控制舵机B旋转北斗一体机设备至正确朝向,进入下一个步骤;
⑤控制单元获取9轴传感器中的加速传感器和陀螺仪计算出的倾斜角度值,倾斜角度值公式为:
;
地球半径R,当前卫星高度H,步骤②中的与卫星的距离L;
进入下一个步骤;
⑥控制单元获取9轴传感器中的地磁传感器计算出的朝向值,
定位模块获取位置点的坐标为P(lon,lat),卫星的坐标公式为Q(a,0),其中,虚拟一个点位为Z(a,lat);
朝向值的计算公式为:
;
|PZ|和|QZ|的距离计算公式与步骤②中与卫星的距离L计算公式相同;
其中,lon-a 为正值,舵机A 的旋转角度为,lon-a 为负值,舵机A的旋转角度为+360°;
进入下一个步骤;
⑦控制单元判断倾斜角度值、朝向值是否正确,判断方法是获取出的角度与实际的计算的角度值是否偏差小于3度,否进入下一个步骤,是则跳到步骤②;
⑧控制单元微调转台,即微调舵机A和舵机B的角度,调整完毕后,跳转到步骤⑤。
(三)有益效果
本发明相对于现有技术,具有以下有益效果:
本发明中通过定位模块获取到经纬值,结合北斗三代同步卫星的位置以及地磁传感器值计算出需旋转的角度值,并且通过9轴传感器计算出旋转的角度值是否正确,如果不正确通过微调至正确位置,从而实现北斗三代的朝向实时且自动校准的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明校准装置的功能结构示意图。
图2为本发明转台的结构示意图。
图3为本发明校准方法的流程结构示意图。
图4为传统的北斗设备校准方法。
附图中的标记为:1-舵机A,2-机械臂,3-旋转轴,4-旋转底座,5-舵机B。
具体实施方式
本技术方案中:
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
参照图1-3所示,本发明提出了一种北斗三代的朝向自动校准装置,包括有北斗一体机设备;
转台,包括有旋转底座、设于旋转底座顶面的旋转轴与舵机A、与旋转轴传动连接的机械臂和与机械臂传动连接的舵机B;
舵机A,用于控制北斗一体机设备的水平方向旋转的角度值;
舵机B,与北斗一体机设备可拆卸式连接,用于控制北斗一体机设备倾斜的角度值;
机械臂,用于连接舵机B和旋转轴,主要是起到支撑设备的作用;
旋转轴:用于将机械臂固定在旋转底座上,同时可以前后调整,用于固定设备初始位置;
旋转底座:用于固定旋转轴,同时对设备进行旋转,控制设备的方位角;
定位模块,用于北斗一体机设备当前位置经纬度值的获取;
9轴传感器,用于计算出北斗一体机设备旋转的角度值;
控制单元,用于获取定位模块的定位信息以及9轴传感器的信息,并用于控制北斗一体机设备旋转角度。
其中,所述9轴传感器由三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴地磁传感器构成;加速度传感器为MPU6050,MPU6050的传感器芯片可以进行参数配置输出角度值;地磁传感器的参数通过现有的技术获取地磁传感器的航向值;
本发明还提供一种北斗三代的朝向自动校准方法,基于上述北斗三代的朝向自动校准装置,
所述校准方法步骤如下:
①开始,进入下一个步骤;
②定位模块获取当前经纬度信息,且控制单元通过当前经纬度计算与卫星的距离L公式为:
;
其中,球心角为;
球心角的计算公式为:
;
其中公式中当前经纬度的坐标为(,/>),当前卫星的坐标为(/>,/>)地球的半径R,当前卫星的高度H;
进入下一个步骤;
③通过控制舵机A旋转北斗一体机设备至正确朝向,进入下一个步骤;
④通过控制舵机B旋转北斗一体机设备至正确朝向,进入下一个步骤;
⑤控制单元获取9轴传感器中的加速传感器和陀螺仪计算出的倾斜角度值,倾斜角度值公式为:
;
地球半径R,当前卫星高度H,步骤②中的与卫星的距离L;
进入下一个步骤;
⑥控制单元获取9轴传感器中的地磁传感器计算出的朝向值,
定位模块获取位置点的坐标为P(lon,lat),卫星的坐标公式为Q(a,0),其中,虚拟一个点位为Z(a,lat);
朝向值的计算公式为:
;
|PZ|和|QZ|的距离计算公式与步骤②中与卫星的距离L计算公式相同;
其中,lon-a 为正值,舵机A 的旋转角度为,lon-a 为负值,舵机A的旋转角度为+360°;
进入下一个步骤;
⑦控制单元判断倾斜角度值、朝向值是否正确,判断方法是获取出的角度与实际的计算的角度值是否偏差小于3度,否进入下一个步骤,是则跳到步骤②;
⑧控制单元微调转台,即微调舵机A和舵机B的角度,调整完毕后,跳转到步骤⑤。
本发明中控制单元运行的是控制程序,控制程序是获取定位信息以及加速器传感器和地磁传感器信息,并通过其计算和获取旋转的角度值来调整转台的角度,同时根据旋转轴微调进行最佳的角度匹配;
其中,转台来控制舵机A和舵机B水平的旋转角度和水平的倾斜角度,通过定位模块获取到经纬值,结合北斗三代同步卫星的位置以及地磁传感器值计算出需旋转的角度值,并且通过9轴传感器计算出旋转的角度值是否正确,如果不正确通过微调至正确位置,从而实现北斗三代的朝向自动校准方法;
其中,舵机A,用于控制北斗一体机设备的水平方向旋转的角度值;
舵机B,与北斗一体机设备可拆卸式连接,用于控制北斗一体机设备倾斜的角度值;相对于传统手动的调整方法,该方法的有点在于角度旋转的自动化;
其中,通过定位模块获取到当前的位置信息,根据位置信息结合卫星的轨道信息(三颗卫星轨道高度为35786 km,分别位于东经80°、110.5°、140°) ,通过计算获取得到距离最近的卫星,然后在计算出与该卫星的仰角值;相对于传统方法的朝向调整,该计算出来的值更加准确;
其中,
通过计算得到的角度值,通过控制单元输出脉宽控制两个舵机旋转的角度,同时通过9轴传感器数值读取,进行角度计算,如果角度存在偏差,进行舵机的微调,控制旋转角度,使得角度更加准确,相对于传统的角度选装该方式可以的使得朝向更加准确;
其中,
当北斗一体机设备运动时,运动的状态会导致设备的整体朝向发生变化,为了适应运动变化,控制单元在调整完角度之后,会重新获取各个参数值,进行新的一轮角度调整,保证在运动时也能实时保持行最优的朝向,相对传统的方法,具备更好的实时跟踪效果。
下表为实施得出的参数:
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种北斗三代的朝向自动校准装置,包括有北斗一体机设备,其特征在于:
还包括有:
转台,包括有旋转底座、设于旋转底座顶面的旋转轴与舵机A、与旋转轴传动连接的机械臂和与机械臂传动连接的舵机B;
舵机A,用于控制北斗一体机设备的水平方向旋转的角度值;
舵机B,与北斗一体机设备可拆卸式连接,用于控制北斗一体机设备倾斜的角度值;
定位模块,用于北斗一体机设备当前位置经纬度值的获取;
9轴传感器,用于计算出北斗一体机设备旋转的角度值,所述9轴传感器由三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴地磁传感器构成;
控制单元,用于获取定位模块的定位信息以及9轴传感器的信息,并用于控制北斗一体机设备旋转角度。
2.根据权利要求1所述的一种北斗三代的朝向自动校准装置,其特征在于:加速度传感器为MPU6050,MPU6050的传感器芯片可以进行参数配置输出角度值;地磁传感器的航向值参数为地磁传感器获取的方位角和加速度传感器和陀螺仪联合获取的倾斜角度。
3.一种北斗三代的朝向自动校准方法,基于权利要求1-2任一项所述的北斗三代的朝向自动校准装置,其特征在于:
所述校准方法步骤如下:
①开始,进入下一个步骤;
②定位模块获取当前经纬度信息,且控制单元通过当前经纬度计算与卫星的距离L,其公式为:
;
其中,球心角为;
球心角的计算公式为:
;
其中公式中当前经纬度的坐标为(,/>),当前卫星的坐标为(/>,/>)地球的半径R,当前卫星的高度H;
进入下一个步骤;
③通过控制舵机A旋转北斗一体机设备至正确朝向,进入下一个步骤;
④通过控制舵机B旋转北斗一体机设备至正确朝向,进入下一个步骤;
⑤控制单元获取9轴传感器中的加速传感器和陀螺仪计算出的倾斜角度值,倾斜角度值公式为:
;
地球半径R,当前卫星高度H,步骤②中的与卫星的距离L;
进入下一个步骤;
⑥控制单元获取9轴传感器中的地磁传感器计算出的朝向值,
定位模块获取位置点的坐标为P(lon,lat),卫星的坐标公式为Q(a,0),其中,虚拟一个点位为Z(a,lat);
朝向值的计算公式为:
;
|PZ|和|QZ|的距离计算公式与步骤②中与卫星的距离L计算公式相同;
其中,lon-a 为正值,舵机A 的旋转角度为,lon-a 为负值,舵机A的旋转角度为/>+360°;
进入下一个步骤;
⑦控制单元判断倾斜角度值、朝向值是否正确,判断方法是获取出的角度与实际的计算的角度值是否偏差小于3度,否进入下一个步骤,是则跳到步骤②;
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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