一种基于仿生偏振的水下组合导航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于仿生偏振的水下组合导航系统，包括水下仿生偏振模块，多普勒计程仪模块，惯性辅助模块，健康监测模块，水下导航信息控制处理器，存储模块，通信模块、电源模块以及接口电路。其中，水下仿生偏振模块采集偏振图像并解算导航信息；多普勒计程仪模块利用多普勒原理估计水下载体三维绝对速度；惯性辅助模块提供水下载体的位姿信息；健康监测模块能够实时监测系统健康；水下导航信息控制处理器负责信息融合处理。本发明专利技术基于自然界生物偏振感知特性和声多普勒效应实现仿生自主导航，能够为水下载体提供高可靠的位姿信息，适用于陌生海域、GPS拒止等水下环境复杂未知的应用领域。

An underwater integrated navigation system based on bionic polarization

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生偏振的水下组合导航系统
本专利技术涉及一种基于仿生偏振的水下组合导航系统，基于自然界中生物对偏振信息的感知特性和声多普勒效应，实现了基于仿生偏振的自主导航。水下GPS天然拒止且存在多源干扰，该系统能在未知海域复杂环境下为水下载体提供高可靠的位置和姿态信息，具有强自主性、可靠性和环境适应性，适用于水下探测、救援、侦察和反潜等民用和军事用途。
技术介绍
自然界中生物具备高超的感知和获取空间运动信息、环境信息和目标信息的能力，它们会感知天空偏振信息在复杂环境中完成自主导航。研究表明，海洋生物也会利用自然光偏振现象在水下完成觅食与归巢活动，它们利用海洋散射光偏振信息中的导航信息实现自身的定位与导航。例如，虾蛄、乌贼和章鱼等海洋生物使用偏振光交流，它们能探测水下偏振光，并解算太阳在天空中的位置进行水下定位导航，有些鱼类利用偏振成像进行水下视觉导航等等。受此类海洋生物自主导航的启发，可设计一种基于仿生偏振的水下组合导航系统，在GPS拒止且存在多源干扰的海洋环境中，具有强自主性、高可靠性和极强环境适应性。目前国内外研究常用的水下组合导航系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿生偏振的水下组合导航系统，其特征在于：它包括：水下导航信息控制处理器(1)、水下仿生偏振模块(2)、多普勒计程仪模块(3)、健康监测模块(4)、惯性辅助模块(5)、电源模块(6)、接口电路(7)、通信模块(8)和存储模块(9)；/n水下仿生偏振模块(2)能够获取偏振信息，并解算水下载体姿态信息，它包括：图像式偏振传感器(11)、RJ45接口(16)和偏振信息处理单元(10)；图像式偏振传感器(11)负责获取图像信息，并将图像信息发送到偏振信息处理单元(10)；偏振信息处理单元(10)接收来自图像式偏振传感器(11)的图像，提取偏振信息后解算姿态信息，并将姿态信息和偏振信息一起传输...

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生偏振的水下组合导航系统，其特征在于：它包括：水下导航信息控制处理器(1)、水下仿生偏振模块(2)、多普勒计程仪模块(3)、健康监测模块(4)、惯性辅助模块(5)、电源模块(6)、接口电路(7)、通信模块(8)和存储模块(9)；
水下仿生偏振模块(2)能够获取偏振信息，并解算水下载体姿态信息，它包括：图像式偏振传感器(11)、RJ45接口(16)和偏振信息处理单元(10)；图像式偏振传感器(11)负责获取图像信息，并将图像信息发送到偏振信息处理单元(10)；偏振信息处理单元(10)接收来自图像式偏振传感器(11)的图像，提取偏振信息后解算姿态信息，并将姿态信息和偏振信息一起传输到水下导航信息控制处理器(1)；RJ45接口(16)负责图像式偏振传感器(11)和偏振信息处理单元(10)之间的数据传输；
多普勒计程仪模块(3)能够通过声信号的频移估计水下载体的三维绝对速度，其控制换能器发送和接收声波信号，利用多普勒原理估计水下载体的三维绝对速度，并将速度信息通过RS232(36)接口传输到水下导航信息控制处理器(1)；
健康监测模块(4)，由温度传感器(21)、压力传感器(22)、深度传感器(23)、泄漏检测单元(24)、过压报警装置(25)和运行时间监测单元(26)组成；健康监测中心处理器(20)能够实时监测系统所处环境的温度、深度和压力信息，同时它还配备泄漏检测单元(24)、过压报警装置(25)和运行时间监测单元(26)，能够在系统出现问题时第一时间反应到中心处理器，提醒外界采取保护措施；
惯性辅助模块(5)由三轴陀螺仪(31)和三轴加速度计(32)组成，通过加速度计和陀螺仪采集数据进行辅助导航，并通过SPI(39)通信与水下导航信息控制处理器(1)信息传输；
电源模块(6)，分别与各模块连接，电压经过调整稳压后为各个模块提供正常运转所需能源；
接口电路(7)包括RS232接口(36)、CAN接口(37)和USART3接口(38)；USART3(38)接口和CAN(37)接口为预留接口，为以后接GPS实现水上辅助导航，同时用于水下导航系统与外界模块的数据传输；
通信模块(8)包括SPI(39)、USART1(40)和USART2(41)；
存储模块(9)与水下导航信息控制处理器(1)相连，用于系统采集的偏振信息、健康信息、惯导数据、计程仪数据以及解算的导航信息的存储；
水下仿生偏振模块(2)利用图像式偏振传感器(11)采集图像式偏振信息，通过RJ45接口(16)通信将偏振图像信息传输到偏振信息处理单元(10)，提取图像各像素点的偏振度和偏振角，解算得到水下载体偏振信息和姿态信息，通过USART1(40)通信传输到水下导航信息控制处理器(1)；多普勒计程仪模块(3)中，声波-速度信息处理器(27)驱动发射机单元(28)内部电路工作，信号收发合置换能器(30)将电信号转换成声波信号，并捕捉反射回来的声信号，将其转换成电信号传输到声波-速度信息处理器(27)，声波-速度信息处理器(27)利用多普勒原理估计水下载体绝对速度，速度信息通过RS232(36)接口传输到水下导航信息控制处理器(1)；健康检测模块(4)内置温度传感器(21)、压力传感器(22)、深度传感器(23)、泄漏检测单元(24)、过压报警装置(25)和运行时间监测单元(26)，各传感器信息在健康检测中心处理器(20)融合处理，通过USART2(41)通信将健康信息传输到水下导航信息控制处理器(1)，实时监测系统健康，并能在系统健康受到威胁时做出报警；水下导航信息控制处理器(1)负责将水下仿生偏振模块(2)的姿态信息、多普勒计程仪模块(3)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，张腾，杨健，王陈亮，胡鹏伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11