一种能快速寻找正北方向的精准指北仪制造技术

本发明专利技术公开了一种能快速寻找正北方向的精准指北仪，包括：底盘、转盘、托架、精准指向架装置、天线单元、GNSS接收芯片和MCU处理芯片、低噪声放大器、声表滤波器、6轴传感器、模块盒、低损耗电缆、喷墨笔；6轴传感器、水准器、输入接口、输出接口、混凝土基础。本发明专利技术所述指北仪的优点是利用全球导航卫星系统的导航信号，并采用精准接收天线以及载波相位高精度测量用的芯片经相干测量获得精准正北指向，全球导航卫星系统的导航信号覆盖区域广，利用全球导航卫星系统的导航信号获得的测向角度数据是相对于正北方向的绝对偏角值，使用直观方便，不会随时间推移产生误差累积从而影响使用效果。

【技术实现步骤摘要】
一种能快速寻找正北方向的精准指北仪
本专利技术涉及一种能快速寻找正北方向的精准指北仪，属于测量

技术介绍
指南针利用地球上分布的磁力线，为人们寻找磁北方向的基准指示，从而为船舶在茫茫大海中航行找到航向；为人们在大地上远行找到前行的方位。除了指南针以外，人们也利用北极星，以它们在星空中的位置为坐标，为人们提供正北基准和前行的方向。后来，人们专利技术了陀螺惯性器件，它能提供稳定的指向及方向的改变量，但是它需要对原始指向先提供绝对方向的标定，所以实际上它是不能直接提供正北基准的。公开号为CN205664841U的专利申请公开了一种用于运动载体位置与姿态测量的实验装置，包括可调式传感器载具、两轴电控测试转台、移动式测控台，卫星接收机和指北仪。可调式传感器载具安装在两轴电控测试转台上，两轴电控测试转台固定在移动式稳定测试台上，指北仪和卫星接收机安装在可调式传感器载具的几何中心上，可调式传感器载具包括一个圆形可调式夹具、四个刚性导轨和多个传感器搭载滑块，传感器搭载滑块分别安装在刚性导轨内，位置可调，刚性导轨铆接在圆形可调式夹具上，导轨之间的角度可调；姿态模拟控制器向转台输出姿态控制指令，两轴转台的转动带动可调式传感器载具完成相应的运动，完成载体的姿态模拟。公开号为CN105844614A的专利申请公开了一种基于校对机器人角度的视觉指北方法，其步骤为，通过图像采集模块获取原始图像数据，对采集的原始图像数据进行图像数据压缩，然后提取图像的颜色分量；对提取图像的颜色分量图像，通过图像滤波，锐化将获取的颜色分量进行图像预处理，然后将预处理的图像进行图像二值化，并将二值化后的图像进行形态学细化，最后通过霍夫变换求出蓝色分量的角度。经过角度变换得出两颜色分量之间的角度值，从而来获得机器人朝向角度。目前，虽然指南针与北极星仍然能够用来作为找到正北方向的两种方法。但是由于观测星斗必须要依赖于气象条件，在晴朗天气才能观察星斗。又由于北极星并未处于真正的正北位置上，还需要查阅天文年历，找到在不同季节、不同日期与不同时刻时北极星的精确位置，对指北的角度进行修正后，才能提供精度高的正北基准方向。同样，在不同地理位置上，用指南针观察磁北时，由于磁极也不是真正的正北，相对正北位置有偏差，所以也要进行修正，且各地磁场易受周围铁介质物体的影响，为此观测精度低。所以在实际使用时，上述两种方法都存在观测不方便、受环境条件影响明显、观测精度低的一系列的问题。而陀螺惯性器件只能提供一个稳定的指向及方向的变化量，无法方便地提供精准的正北指向，无法提供相对正北指向的绝对角度指示。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够克服上述技术问题的一种能快速寻找正北方向的精准指北仪。本专利技术所述指北仪包括：底盘、转盘、托架、精准指向架装置、天线单元、GNSS接收芯片、MCU处理芯片、低噪声放大器、声表滤波器、6轴传感器、模块盒、低损耗电缆、喷墨笔；6轴传感器、水准器、输入接口、输出接口、混凝土基础。其中，GNSS接收芯片、MCU处理芯片、6轴传感器、输入接口、输出接口装在模块盒中。天线单元、低噪声放大器、声表滤波器、GNSS接收芯片、MCU处理芯片依次连接，6轴传感器与MCU处理芯片连接。声表面波滤波器简称声表滤波器，低噪声放大器简称低噪放。GNSS接收芯片输入了从两个天线单元接收的信号，天线单元采用有源天线单元。有源天线单元是天线单元连接低噪声放大器以减短馈线长度，避免微弱信号在馈线中传输被衰减，对接收到的微弱信号直接进行放大，调整和配置好低噪声放大器的增益以保持链路上有好的信噪比。微弱信号经放大以后，经声表面波滤波器能滤除带外信号，这样能够减少链路上的噪声。声表面波滤波器的信号输出至GNSS接收芯片，GNSS接收芯片、MCU处理芯片。MCU处理芯片完成天线基线和基线姿态的解算，演算出天线指向角即方位角与仰角，然后通过传输网络规定的输出接口，把测量数据传输至网络侧的业务数据汇总运行平台。在GNSS接收芯片中，信号经下变频处理至中频，中频信号经数字采样成为数字信号，数字信号经由基带处理解算芯片处理。采用增强算法来提高锁频环、时延锁定环与载波相位锁相环的功能和性能从而提高了本专利技术所述指北仪的测量精度。本专利技术所述指北仪采用了一体化耦合匹配设计，提高了去除噪声的能力、改善了信号的信噪比并经由基带处理解算芯片处理，进行解扩、解调、解码，获得伪距、载波相位的测量值后对测量获得的数据进行处理、解算，最后获得高精度的状态测量数据并再由MCU处理芯片进一步处理和精细解算就能获得指北仪上天线相位中心的地理位置值、两个天线单元相位中心连线矢量的姿态数据及状态值由输出接口输出到操作手柄或平台，也能够通过显示器直接显示。底盘和转盘组成转台，底盘作为本专利技术所述指北仪的支撑基础。底盘配有支撑腿或支撑调节点且装有调整螺栓，调整螺栓能够调整底盘的水平度。底盘依靠重量实现稳定；在底盘上配装转盘，转盘能在底盘上转动，转盘与底盘中心部分能够配以轴瓦或滚动轴承以及驱动转动装置。驱动转动装置使转盘能在底盘上转动。转盘上装有两个呈十字形分布的水准器，能够调节底盘支撑调整点，实现使转盘调整成水平状态。转盘上装有两个托架，托架分上架和下架两部分，托架中间用来安装精准指向架装置。精准指向架装置中的指向架能够采用多种型式的材料，如采用矩形型材作为支撑架，在矩形型材支撑架中装有三个滑块，在中间滑块上安装模块盒、水准器，模块盒上带有显示屏以及输入接口和输出接口，采用丁字形分布两个水准器，能够调整转盘成水平状态。在矩形型材支撑架的两端侧安装有滑块并安装了两个天线单元。两个天线单元后端都装有低损耗电缆，低损耗电缆连接到转盘中心处并与模块盒相连接。模块盒用于防风沙和雨水。本专利技术所述指北仪能实现指北定向原理如下，两个天线单元表示为天线；基线为L，基线矢量为b，且b＝[ΔxΔyΔz]T为未知基线矢量在地球坐标系中的坐标；ρ1、ρ2为伪距；Δρ为伪距差；β为导航信号入射方向与基线矢量的夹角。本专利技术所述指北仪基于GNSS的天线测向仪的原理，不直接去测方向，而是通过两个或多个天线接收卫星导航信号，把两路信号进行伪距及载波相位比较，求出相位差，接收多颗卫星的信号产生多段相位差，利用这些相位差去反演，求出天线间基线矢量的姿态与指向，从而建立起正北基准。GNSS基线L是通过载波相位差分的方式来实现精密测量的，GNSS天线相位中心间的基线长度为几十公分到几米，相位差分消除掉了这些测量量中存在的空间相关性的所有误差源。以单基线为例，GNSS卫星信号到达两天线时视为平行电磁波，两天线的相位差为：式(1)中，为载波相位测量值之差，e为GNSS卫星至天线单元方向的单位矢量，天线的位置坐标由GNSS信号接收后定位求得，GNSS卫星的坐标由卫星星历解算得到。b＝[ΔxΔyΔz]T为未知基线矢量在地心地固坐标系中的坐标投影，λ为载波波长，N为整周模糊度。当在某一时刻同时观测到n颗卫星，那么就能够得到n组基线矢量坐标，所得到的观测方程组如下：上式(2)中，为载波相位测量的真实值，为两个天线单元接收同一颗卫星导航信号时，两伪距差用载波相位表示的真实测量值部分，Δφ为载波相位中不足一周的小数部分，是小于一周的载波相位值；φi为两个天线单元接收第i颗卫星的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能快速寻找正北方向的精准指北仪，其特征在于，包括：底盘、转盘、托架、精准指向架装置、天线单元、GNSS接收芯片、MCU处理芯片、低噪声放大器、声表滤波器、6轴传感器、模块盒、低损耗电缆、喷墨笔；6轴传感器、水准器、输入接口、输出接口、混凝土基础；GNSS接收芯片、MCU处理芯片、6轴传感器、输入接口、输出接口装在模块盒中；天线单元、低噪声放大器、声表滤波器、GNSS接收芯片、MCU处理芯片依次连接，6轴传感器与MCU处理芯片连接。

【技术特征摘要】
1.一种能快速寻找正北方向的精准指北仪，其特征在于，包括：底盘、转盘、托架、精准指向架装置、天线单元、GNSS接收芯片、MCU处理芯片、低噪声放大器、声表滤波器、6轴传感器、模块盒、低损耗电缆、喷墨笔；6轴传感器、水准器、输入接口、输出接口、混凝土基础；GNSS接收芯片、MCU处理芯片、6轴传感器、输入接口、输出接口装在模块盒中；天线单元、低噪声放大器、声表滤波器、GNSS接收芯片、MCU处理芯片依次连接，6轴传感器与MCU处理芯片连接。2.根据权利要求1所述的一种能快速寻找正北方向的精准...

【专利技术属性】
技术研发人员：施浒立，虞舟航，庞鹏翔，李芳，
申请(专利权)人：北京日月九天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11