控制等领域。高精度电子罗盘器件和模块飞速发展，如HCM500B等高精度三维罗盘单板模块，采用先进的硬铁和软铁校准算法，使其在倾斜360°的状态仍然能提供高精度的方向信息，它具有小型和低功耗的特点，适用于当今的小型化敏感测量系统。并集成了三轴磁通门技术，通过中央处理器实时计算方向数据，以及使用三轴加速度计对大范围内的倾斜角进行补偿，属于高性能、高稳定性的军工级产品。这两项技术和产品的出现为本项目的实现奠定了基础。
[0028]本发明一个实施例，实现电路原理可以是，I为基于STM32F103ZET6的二代ARMCortex-M3内核的微处理器模块，由微处理器及其必须的外围电路构成，可充分利用其运行速度快、功耗低、端口资源丰富等特点，满足本课题大量传感器数据的采集和处理。2为三维电场测量模块，其三个垂直的电场分量测量通道分别与与STM32F103ZET6的三个具有模数转换功能的端口相连。3为GPS模块，典型选用HEMISPHERE P103型GPS模块，定位精度可达0.6m，与STM32F103ZET6的串口 2相连。4为三维电子罗盘模块，典型选用了 HCM500B型三维电子罗盘，可实时测量装置的航向角、俯仰角和横滚角，与STM32F103ZET6的串口 I相连。5为三维电子陀螺仪模块，典型选用MPU3300型陀螺仪，可实时测量装置的三轴加速度和三轴角速度，以实现对运动误差的补偿，与STM32F103ZET6的串口 3相连。6为无线数据收发模块，典型选用A1276型无线数据收发模块，通信距离达10KM，可将测量数据实时传送至远端数据接收计算机，与STM32F103ZET6的串口 4相连。
[0029]三个定向电场测量原理为:通过一个HCM500B三维电子罗盘等军用级高精度传感器，实现对三维电场仪姿态信息的采集。测量方法如图3所示，设被测的三维电场强度为E，由三维电场测量模块测得的E沿着X、Y、Z轴三个相互垂直的电场分量分别为Ε1、Ε2和Ε3。由于三维电子罗盘测量轴分别与三维电场Χ、Υ、Ζ的三个测量轴平行。这样通过三维电子罗盘可测出电场三个分量El、Ε2、Ε3的俯仰角、与地理北极之间的夹角即航向角、以及横向水平偏角，按照投影与坐标变换，可计算得电场Ε1、Ε2、Ε3在地理南北、东西和铅锤三个方向上的矢量分量，再进行累加，即可求出大气电场沿地理北向、地理东向、以及铅锤方向的分量大小。可参考如下公式进行计算。
[0030]沿水平地理北极方向的电场强度为:
[0031 ] En= [Ε 2cos a + (E1Sin β -E3Cos β ) sin α ] cos θ - [E1Cos β +E3Sin β ] sin θ
[0032]沿水平地理东方向的电场强度为:
[0033]Ee= [Ε 2cos α + (E1Sin β -E3Cos β ) sin α ] sin θ + [E1Cos β +E3Sin β ] cos θ
[0034]沿水平垂直向上方向的电场强度为:
[0035]Ev= [e 2sin α + (-e^in β +e3cos β ) cos α ]
[0036]本发明通过集成三维罗盘模块和GPS模块采集的电场测量装置三维方向信息和位置信息，可实时将采集的三维电场信息分解变换为地理南北向、东西向和铅锤方向的电场大小，解决了电场移动测量时的可定向、定位三维电场测量问题。
【主权项】
1.一种空中三维电场可定向无线测量装置，其特征在于，包括: 微处理器模块(I)，用于处理三维电场数据、测量装置的位置坐标数据和测量装置的航向角、俯仰角及横滚角数据，得到实时定向、定位的三维电场信息； 三维电场测量模块(2)，用于采集三维电场数据； GPS模块(3)，用于采集测量装置的位置坐标数据； 三维电子罗盘(4)，用于采集测量装置的航向角、俯仰角及横滚角数据； 三维电子陀螺仪(5)，用于采集测量装置运动的三维加速度和角速度信息，以补偿测量装置运动对测量数据的影响； 无线数据收发模块(6)，用于接收测量指令和将实时定向、定位的三维电场信息发送至远端数据接收计算机； 电源模块(7)，用于向各功能模块供电； 所述三维电场测量模块(2)、GPS模块(3)、三维电子罗盘模块(4)和三维电子陀螺仪(5)均与微处理器模块(I)的数据输入端相连，所述微处理器模块(I)的数据输出端与无线数据收发模块(6)相连，所述电源模块(7)分别与所述微处理器模块(I)、三维电场测量模块(2)、GPS模块(3)、三维电子罗盘模块(4)、三维电子陀螺仪模块(5)及无线数据收发模块(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于:还包括一刚性框架(8)，所述三维电场测量模块(2)、GPS模块(3)、三维电子罗盘模块(4)和三维电子陀螺仪模块(5)固定设置在所述刚性框架(8)上。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于:所述固定设置在刚性框架(8)上的三维电子罗盘⑷的三个测量轴方向分别与三维电场测量模块⑵的三个测量轴平行，三维电子陀螺仪模块(5)的三个测量轴也与三维电场测量模块2的三个测量轴平行。
4.根据权利要求1到3之一所述的测量装置，其特征在于:所述三维电子罗盘模块(4为)HCM500B高精度倾角补偿式三维电子罗盘。
【专利摘要】本发明公开一种空中三维电场可定向无线测量装置，包括：微处理器模块(1)、三维电场测量模块(2)、GPS模块(3)、三维电子罗盘模块(4)、三维电子陀螺仪模块(5)、无线数据收发模块(6)和电源模块(7)，所述三维电场测量模块(2)、GPS模块(3)、三维电子罗盘模块(4)和三维电子陀螺仪(5)均与微处理器模块(1)的数据输入端相连，所述微处理器模块(1)的数据输出端与无线数据收发模块(6)相连，所述电源模块(7)分别与所述微处理器模块(1)、三维电场测量模块(2)、GPS模块(3)、三维电子罗盘模块(4)、三维电子陀螺仪模块(5)及无线数据收发模块(6)相连接。本发明的测量装置，可实现空中三维电场的准确定向与定位测量。
【IPC分类】G01R29-12
【公开号】CN104833864
【申请号】CN201510239051
【发明人】张海涛, 周璧华, 高成, 李炎新, 杨波, 邱石
【申请人】中国人民解放军理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月12日