专利名称：多功能自主导航仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于导航定位系统技术领域，具体地说，是涉及一种观测不依赖水天线，同时具有陆标定位、天文定位、光学动态测距和自动解算目标运动要素功能的自主导航仪。
背景技术：
目前，船舶普航定位装备主要是航海六分仪和方位分罗经。航海六分仪主要用于测量天体高度求船位，因为仪器本身体积小、重量轻、使用方便，特别是自主式、抗干扰的性能，目前尚无更好的仪器取代它。在现代航海中虽有雷达、GPS导航仪等高精度无线电自动化定位装备，但在强电子干扰的背景下，这些导航仪器的自主抗干扰和辨别真伪的能力均较差，甚至可能完全失效。故航海六分仪在现代导航领域仍占有一席之地，是必备的航海仪器之一，IMO (国际海事组织)STCW78/95公约明确要求编制三副以上的商船必须配备航海六分仪。但是，普通航海六分仪具有如下缺点一是观测天体高度依赖自然水天线，只有在晨光和昏影很短的时间内才能观测定位，定位时机受严重限制，一旦发生紧急状态，难以发挥六分仪的自主导航性能；二是定位时间长(观测时间单独计测，观测数据人工记录，观测结果手工完成)，不能及时给出观测船位；三是定位精度低，不能满足特殊情况下的高精度定位要求。显然，普通航海六分仪难以满足未来紧急情况下的天文导航要求。方位分罗经主要用于观测陆标方位求船位，但在使用过程中也存在一定的缺陷一是和航海六分仪一样，观测数据需要人脑记忆，定位结果需要人工绘算，定位时间长、可靠性差；二是需要暴露在甲板之上，因此极易遭到恶意破坏无法正常工作；三是需要固定安装，危急关头极有可能因为观测角度不合适而无法观测定位，进而失去先机陷入被动。而且，无论是航海六分仪还是方位分罗经都不具备动态测距功能，即观测海上运动目标的距离。因此，研究新型多功能自主导航仪，既能满足航海六分仪的一切使用，又具备方位分罗经的所有功能，同时增加光学动态测距功能，开发自动解算目标运动要素功能，具有十分重要的意义和价值。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种多功能自主导航仪，既能自主定位又能光学动态测距，还能自动解算目标运动要素；而且，天文定位不再依赖水天线，定位时机大大增加； 目标识别智能化、观测计算自动化，自动化程度和定位可靠性大大提高。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种多功能自主导航仪，包括光学瞄准镜、双轴倾角传感器、电子方位仪、计算机和支撑架；所述光学瞄准镜、双轴倾角传感器和电子方位仪固定安装在支撑架上；所述计算机连接双轴倾角传感器和电子方位仪，读取导航信息。所述光学瞄准镜用来光学瞄准观测目标；所述双轴倾角传感器的纵向敏感轴用来感知光学瞄准镜瞄准时观测目标的俯仰角信息，双轴倾角传感器的横向敏感轴用来感知系统的横倾角信息；所述电子方位仪用来感知光学瞄准镜瞄准时观测目标的方位角信息；所述计算机从双轴倾角传感器和电子方位仪读取观测目标的俯仰角信息、方位角信息和系统的横倾角信息，由内部程序自动完成系统设置、系统校准、目标识别以及定位、测距和目标运动要素解算。进一步的，所述双轴倾角传感器的纵向敏感轴与光学瞄准镜的光线中心轴在同一平面，呈平行或小夹角相交状态；所述双轴倾角传感器的横向敏感轴垂直该平面。又进一步的，所述电子方位仪的方位敏感轴与光学瞄准镜的光线中心轴平行。再进一步的，上述双轴倾角传感器和电子方位仪由所述计算机的电池提供统一电更进一步的，所述计算机为便携式计算机，固定安装在所述的支撑架上，与所述光学瞄准镜、双轴倾角传感器和电子方位仪组成一体化结构的手持式多功能自主导航仪。优选的，所述便携式计算机通过两个标准串口从双轴倾角传感器和电子方位仪读取观测目标的俯仰角信息、方位角信息和系统的横倾角信息，由内部程序自动完成系统设置、系统校准、目标识别以及定位、测距和目标运动要素解算，进而实现了手持式多功能自主导航仪的全部功能。本实用新型的多功能自主导航仪将传统航海六分仪和方位分罗经合二为一，集陆标定位、天文定位、光学动态测距和解算目标运动要素功能于一身，同时还具备其他无线电定位系统的特点一自动识别信标，自动解算观测结果，因此自动化程度大大提高。另外，同现有的定位手段相比，本实用新型的多功能自主导航仪还具备以下优势1、与传统航海六分仪相比，它除了具备航海六分仪原有的天文定位、三标两角定位和垂直角静态测距三大功能外，还能自动识别观测天体和观测陆标；最具特色的优势是它的测天定位功能和光学动态测距功能双轴倾角传感器的纵向敏感轴自动感应水平基准和目标(动态和静态)俯仰角信息，天文观测不再依赖水天线，定位时机大大增加；同时实现了光学动态测距功能，光学测距不再局限于静态垂直角测距；2、与方位分罗经相比，它除了具备方位分罗经原有的多方位定位功能外，还能自动识别观测陆标，最具特色的优势是它的轻巧、便携，可以灵活选择不同的位置观测目标方位，因此，定位能力大大提高；3、与其他无线电定位手段相比，多功能自主导航仪是一种完全自主的导航装备， 不依赖任何外部信息，不受任何技术垄断限制，因此，定位可靠性大大提高。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

图1是本实用新型所提出的多功能自主导航仪的一种实施例的结构示意图；图2是图1所示多功能自主导航仪的工作原理图；图3是图1所示多功能自主导航仪的静态测距工作原理图；图4是图1所示多功能自主导航仪的动态测距工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细地描述。[0022]本实施例的多功能自主导航仪主要由光学瞄准镜1、双轴倾角传感器2、电子方位仪3、计算机4和支撑架5组成，参见图1所示。将光学瞄准镜1、双轴倾角传感器2、电子方位仪3固定安装在支撑架5上，形成了多功能自主导航仪的一体化观测结构。所述计算机4可以固定安装在支撑架5上，与所述光学瞄准镜1、双轴倾角传感器 2和电子方位仪3组成一体化结构；也可以独立设置，与观测结构形成分体式。所述计算机 4可以采用串口等标准通讯接口与双轴倾角传感器2和电子方位仪3连接通讯，读取观测目标的俯仰角信息、方位角信息和系统的横倾角信息，实现导航功能。所述双轴倾角传感器 2和电子方位仪3可以借助计算机4中的电池为其供电，以简化设计。为了使本实施例的多功能自主导航仪小巧轻便、使用灵活，所述计算机4优选采用便携式计算机，构成一体化结构的手持式多功能自主导航仪。其中，光学瞄准镜1重 300g，双轴倾角传感器2重100g，电子方位仪3重120g，便携式计算机4重350g，支撑架5 重300g，总重量1170g;—体化结构长宽高为160'95'60mm，具备了体积小、重量轻、方便手持的特性。图2为所述手持式多功能自主导航仪的工作原理示意图。如上述安装之后，最好让双轴倾角传感器2的纵向敏感轴2-1与光学瞄准镜1的光线中心轴1-1固定在同一平面内(平行或小角度相交)，横向敏感轴2-2垂直该平面；电子方位仪3的方位敏感轴3-1与光学瞄准镜1的光线中心轴1-1固定保持平行。三条轴线1-1、2-1和3-1最好在同一平面内，但对此系统不做严格要求，因为对定位精度的影响可以忽略。光学瞄准镜1的光线中心轴1-1瞄准目标时，当双轴倾角传感器2的纵向敏感轴2-1和光学瞄准镜1的光线中心轴 1-1平行的时候，纵向敏感轴2-1的倾角读数就是观测目标的俯仰角h (小角度相交时需补偿小角度，系统可以自动精确补测);横向敏感轴2-2的倾角读数就是系统的横倾角。同理， 当电子方位仪3的方位敏感轴3-1与光学瞄准镜1的光线中心轴1-1平行的时候，方位敏感轴3-1的方位读数就是观测目标的方位A。图3为所述手持式多功能自主导航仪的静态测距原理示意图。光学瞄准镜1的光线中心轴1-1瞄准静态目标顶部时，如前所述测得目标顶部俯仰角a，则测者到目标的距离为D= (H-e)ctga ；式中，D—测者到目标的距离；H—目标高程；e~ J者眼高；a~ J者眼睛到目标顶部的俯仰角。图4为所述手持式多功能自主导航仪的动态测距原理示意图。光学瞄准镜1的光线中心轴1-1瞄准运动目标底部时，如前所述测得目标底部俯仰角a，则测者到目标的距离D=eXCtga ；式中符号含义同前。观测定位时，测者启动系统软件，进入初始信息界面，依次输入推算经度、推算纬度、推算时间(推算日期默认为系统日期)、测者眼高、航向、航速等初始信息，提前输入对表时间，时间到按下“对表开始”按钮，校准便携式计算机4的系统时间，然后选择某一种定位功能，进入观测定位状态。这时双轴倾角传感器2和电子方位仪3已经进入连续工作状态， 测者只需手持多功能自主导航仪，用光学瞄准镜1瞄准目标，直至瞄准点进入视场中央时， 按动测量按钮，便携式计算机4同时采集双轴倾角传感器2和电子方位仪3输出的倾角和方位信息，然后由内部程序根据系统设置，自动进行观测数据校准、观测数据滤波、观测目标识别和相应定位解算，自动按航海定位标准格式输出定位结果。光学动态测距时，系统工作模式基本同观测定位。观测静态目标距离时，用光学瞄准镜1瞄准目标顶部；观测动态目标距离时，用光学瞄准镜1瞄准目标底部，获得目标俯仰角信息后，由内部程序根据系统设置，自动进行测距和目标运动要素解算，自动按标准格式输出解算结果。在本实施例中，所述测量按钮直接利用便携式计算机4上的触摸屏，在对准目标后，触动触摸屏即可控制便携式计算机4对双轴倾角传感器2和电子方位仪3输出的倾角和方位信息进行采集。当观测目标为星体时，便携式计算机4利用推算位置和电子星历库计算观测时刻所有星体的计算方位和计算高度，然后与观测到的高度和方位进行对比，完成观测星体的自动识别。当有多个星体与之匹配时，可以进行人工取舍。当观测目标为陆标时，便携式计算机4利用推算位置和内置的陆标信息库计算视距范围内所有的陆标方位，然后与观测到的高度和方位进行比对，以完成观测陆标的自动识别。当出现多个陆标与之匹配时，可以进行人工选择。对于手持式多功能自主导航仪在使用过程中出现的摇摆抖动误差，便携式计算机 4可以由倾角传感器2中的横向敏感轴2-2读数，进而利用内部观测高度修正模型予以消除。本实施例中，便携式计算机4将两个标准USB接口转换成两个RS232通讯协议串口，从所述的双轴倾角传感器2和电子方位仪3中采集目标的俯仰角信息、方位角信息和系统的横倾角信息。当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种多功能自主导航仪，其特征在于包括光学瞄准镜、双轴倾角传感器、电子方位仪、计算机和支撑架；所述光学瞄准镜、双轴倾角传感器和电子方位仪固定安装在支撑架上；所述计算机连接双轴倾角传感器和电子方位仪，读取导航信息。
2.根据权利要求1所述的多功能自主导航仪，其特征在于所述双轴倾角传感器的纵向敏感轴与光学瞄准镜的光线中心轴位于同一平面，所述双轴倾角传感器的横向敏感轴垂直于所述平面。
3.根据权利要求1或2所述的多功能自主导航仪，其特征在于所述电子方位仪的方位敏感轴与光学瞄准镜的光线中心轴平行。
4.根据权利要求3所述的多功能自主导航仪，其特征在于所述计算机通过其内部电池向所述双轴倾角传感器和电子方位仪输出供电电源。
5.根据权利要求3所述的多功能自主导航仪，其特征在于所述计算机固定安装在所述的支撑架上。
6.根据权利要求5所述的多功能自主导航仪，其特征在于所述计算机通过两个标准串口连接所述的双轴倾角传感器和电子方位仪。
7.根据权利要求5所述的多功能自主导航仪，其特征在于所述计算机为便携式计算机。
专利摘要本实用新型公开了一种多功能自主导航仪，包括光学瞄准镜、双轴倾角传感器、电子方位仪、计算机和支撑架。所述光学瞄准镜、双轴倾角传感器和电子方位仪固定安装在支撑架上，构成了导航仪的一体化观测结构。计算机从双轴倾角传感器和电子方位仪读取导航信息，实现导航功能。本实用新型的导航仪体积小、重量轻，同时具备天文定位、陆标定位、光学动态测距和自动解算目标运动要素的功能。最大的特点是和普通航海六分仪相比，自带水平基准，天文定位不再依赖水天线，只要有天体就能观测定位，定位时机大大增加。除此之外，本实用新型的导航仪还具有自主定位、自动识标和自动测算的特点。
文档编号G01C21/04GK202013195SQ20112007998
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者唐正平, 张宁川, 甘忠林, 翟立新, 赵宝庆, 车永刚 申请人:中国人民解放军海军潜艇学院