[发明专利]空间轨迹实时追踪装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维空间轨迹追踪技术领域，具体涉及一种空间轨迹实时追踪装置及方法。

背景技术

随着社会的经济发展，空间轨迹实时追踪技术能够应用的领域越来越广。如各大型购物中心遍布在城市的各个商业区，在大型购物中心购物的时候，消费者会发现琳琅满目的商铺让人眼花缭乱，如对地下施工的工作人员和对地下事故进行救援的救援人员来说，非常需要一个装置能够帮助他们在进行定位和导航；再如说有些矿井和油田的装置需要跟踪装置的移动距离，使用标尺来测量不能迅速的判定装置的工作状态和性能指标；还有大学做的各种物理实验，需要跟踪物体的运动轨迹，从而需要准确快捷地得到相应的实验结果。

现行所采用的方法是通过移动基站和GPS信号的方式来进行空间轨迹实时追踪的。

然而，在某些特殊的情况下，没有移动基站或者GPS信号时，现有的方法就很难对空间轨迹实时追踪，故而急需一种能够对三维空间中的轨迹进行实时追踪的新的装置。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种空间轨迹实时测量装置及方法，能够解决在没有移动基站或者GPS信号时对三维空间的轨迹实时追踪问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种空间轨迹实时追踪装置，其特征在于，该装置包括：传感器、微控制器、通用异步收发控制器，

所述传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘，所述三轴加速度传感器用于采集三个互相垂直轴向上的加速度，所述三轴陀螺仪用于采集三个互相垂直轴向上的角速度，所述三轴电子罗盘用于采集三个互相垂直轴向上的姿态角，所述传感器通过IIC接口将传感数据发送给微控制器；

所述微控制器，用于接收所述传感器发送的传感数据并进行处理，同时通过IIC总线向所述传感器发送控制命令；然后将处理过后的传感数据通过UART外设发送给通用异步收发控制器；

所述通用异步收发控制器，将所述微控制器发送的处理过后的传感数据进行转换，并通过USB接口发送给上位机；同时把上位机发送的命令进行转换后发送给所述的微控制器。

优选的，所述的微控制器包括精简指令处理器核心、只读存储器、随机存储器、IIC接口、定时器、中断源和USART等外设；

所述只读存储器与所述精简指令处理器核心通过指令总线相连，用于存储该装置的指令信息；

所述随机存储器与所述精简指令处理器核心通过数据总线相连，用于存储该装置的数据信息；

所述精简处理器核心通过APB总线与IIC接口、定时器、中断源和USART等装置连接；IIC接口与所述传感器相连，用于对所述传感器与所述微控制器的数据和命令的交互；

所述定时器，用于所述微控制器对所述传感器施行采样周期时间间隔的采样；

所述中断源，用于在定时器产生定时器中断的情况下，所述中断源将所述精简指令处理器核心的程序指针指向采样程序的第一条指令，使得在采样周期到来的时候所述微控制器对所述传感器进行采样。

优选的，该装置进一步包括：通用下载接口模块，用于将所述微控制器的连接到仿真器，通过仿真器对所述微控制器的程序进行下载和调试。

优选的，该装置进一步包括：电源模块，所述电源模块包括2个LDO，一个LDO负责对所述微控制器供电，另一个LDO负责对所述传感器供电。

优选的，该装置进一步包括：LED指示灯，所述LED指示灯通过IO接口与所述微控制器相连，所述微控制器通过控制LED指示灯的亮灭来指示装置运行状态。

本发明还提供了一种空间轨迹实时追踪方法，该方法包括步骤：

S1、装置初始化，微控制器开始定时，预订延时时间后，微控制器接收三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘将采集到的传感器数据；

S2、所述微控制器对所述传感器数据进行处理，得到装置的初始姿态角，并依据所述姿态角确定初始旋转四元数(q⁰,q¹,q²,q³)；

S3、依据所述三轴陀螺仪传输的角速度数据更新所述初始旋转四元数，得到旋转矩阵，并通过所述旋转矩阵将所述三轴加速度传感器传输的三轴加速度数据分解到导航坐标系；

S4、对所述导航坐标系下的三轴加速度分别进行一次积分，得到导航坐标系下的三轴速度；

S5、对所述导航坐标系下的三轴速度进行一次积分，得到导航坐标系下的三轴位移；