口总线与上位机连接通信，当收到上位机的定位命令后会返回标签与其周围基站的距离信息，上位机通过收到的标签与基站的距离信息计算出标签在应用场景中的位置坐标。
[0023]九自由度惯性导航模块装置:本模块装置包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速传感器、三轴磁感应传感器以及一个数据处理芯片和串行通讯接口。因此可以采集模拟小车的加速度、角速度以及角度的信息。数据处理芯片对传感器数据进行融合，完成对模拟小车四个方向(东向、南向、西向、北向)加速度和模拟小车航向角的测量，串行通讯接口通过USB串口总线与上位机连接。
[0024]模拟小车从下到上共分为三层。第一层为动力模块装置，主要包括小车的四个车轮、两个伺服电机。小车采用两个驱动轮2，两个从动轮I的驱动模式，两个驱动轮2通过履带7分别与两个伺服电机3进行连接，两个从动轮使I用的是万向轮，通过控制两个伺服电机3的转动方向和转速完成小车的前进后退和左转右转。第二层为小车的电机控制单元装置、电源模块装置和无线接收模块装置，将其集中到控制箱4中，电机控制单元装置使用一块信捷PLC分别控制两个伺服电机的驱动器，电源模块装置使用两块蓄电池进行供电，通过无线接收模块装置接受远程遥控控制，可在远程对小车的前进后退、左转右转进行控制。第二层共同完成小车的基本运动和小车内的动力的提供，并且可以通过电机控制单元装置对模拟小车的运行速度和行进距离进行严格的监控。第三层主要放置着无线定位模块装置6的标签、九自由度惯性导航模块装置6和上位机5，标签和九自由度惯性导航模块装置6通过USB串口总线与上位机5进行连接通信，通过无线定位模块装置和惯性导航模块装置可以实时的测得模拟小车的位置坐标、运行速度和小车的运行方向。
[0025]上位机5可实时显示模拟小车的位置坐标、运行速度、移动轨迹和小车的运行方向。在小车沿着预定的轨迹运行的过程中，上位机计算并显示模拟小车的导航信息以指导模拟小车下一时间的运行方向。
[0026]根据室内环境的实际大小和形状建立二维直角坐标图，在坐标图中布设基站，基站的布设个数和地点根据室内环境和形状的需要而定。在室内适当的位置布设基站，只需保证基站在标签无线信号覆盖范围内。本实施例是在一个矩形室内进行的，在此室内的四个角各布设一基站，四个基站在坐标图中的位置坐标已知，并且将已布设基站的坐标图信息存入上位机中。在模拟小车沿着预定的轨迹运行的过程中，上位机首先会给模拟小车第三层上无线定位模块装置中的标签发送定位命令，标签收到命令后会返回给上位机该标签距离其周围基站的直线距离，上位机会根据这个距离计算出模拟小车在室内的位置坐标和显示模拟小车的运动轨迹；与此同时，上位机也会接收来自惯性导航模块装置的信息，将模拟小车的运行方向、运动速度和路程显示在上位机中。上位机对于这两大模块装置的信息读取时间是可控的，并且二者的信息处理是互不干扰的，通过对两模块装置数据的融合得出一组新的位置坐标、运行姿态、运行速度和路程的导航信息。通过这种方法一方面可以克服惯性导航产生的累计误差，另一方面可以克服无线定位模块装置易受外界环境干扰的缺点。观察人员就可以根据上位机中的导航信息确定模拟小车下一时间的运行方位。
【主权项】
1.一种室内组合导航仿真验证系统，其特征在于，包括以下部分: 无线定位模块装置:包括基站和标签，在室内适当的位置布设基站，作为参考点用来测定标签的位置，标签放置于模拟小车上，与上位机连接通信，当收到上位机的定位命令后会返回标签与其周围基站的距离信息； 九自由度惯性导航模块装置:放置于模拟小车上，与上位机连接通信，完成对模拟小车东南西北四个方向加速度和模拟小车航向角的测量； 模拟小车:设有无线接收模块装置，接受远程遥控控制，实现前进后退、左转右转活动；模拟小车上还放置着上位机，通过标签和惯性导航模块装置实时测得模拟小车的位置坐标、运行速度和运行方向； 以及，上位机:计算并实时显示模拟小车的位置坐标、运行速度、移动轨迹和小车的运行方向，以指导模拟小车下一时间的运行方向。
2.根据权利要求1所述的室内组合导航仿真验证系统，其特征在于:九自由度惯性导航模块装置包括一个数据处理芯片和与之连接的三轴陀螺仪传感器、三轴加速传感器、三轴磁感应传感器，采集模拟小车的加速度、角速度以及角度的信息。
3.根据权利要求1或2所述的室内组合导航仿真验证系统，其特征在于:无线定位模块装置中，根据室内的具体环境确定基站布设的地点和数量。
4.根据权利要求1或2所述的室内组合导航仿真验证系统，其特征在于:上位机通过USB串口总线与无线定位模块装置的标签和九自由度惯性导航模块装置进行连接通信。
5.根据权利要求1或2所述的室内组合导航仿真验证系统，其特征在于:模拟小车上设有相互连接的动力模块装置、电机控制单元装置、电源模块装置和所述的无线接收模块 目.ο
6.根据权利要求5所述的室内组合导航仿真验证系统，其特征在于:模拟小车从下到上共分为三层；第一层设置动力模块装置，包括小车的四个车轮和连接驱动车轮的伺服电机；第二层设置小车的电机控制单元装置、电源模块装置和无线接收模块装置；第三层主要放置着无线定位模块装置的标签、九自由度惯性导航模块装置和上位机。
7.根据权利要求5所述的室内组合导航仿真验证系统，其特征在于:电机控制单元装置使用一块信捷PLC分别控制两个伺服电机的驱动器，电源模块装置使用蓄电池进行供电。
8.根据权利要求5所述的室内组合导航仿真验证系统，其特征在于:小车采用两个驱动轮、两个伺服电机、两个从动轮的驱动模式，两个驱动轮通过履带分别与两个伺服电机进行连接，两个从动轮使用的是万向轮，通过控制两个伺服电机的转动方向和转速完成小车的前进后退和左转右转。
【专利摘要】本实用新型的室内组合导航仿真验证系统由无线定位模块装置、九自由度惯性导航模块装置、模拟小车和上位机四部分组成。无线定位模块装置中的标签、九自由度惯性导航模块装置和上位机放置于模拟小车上。在室内适当的位置布设无线定位模块装置中的基站，只需保证基站在标签无线信号覆盖范围内。在模拟小车沿着预定的轨迹运行的过程中，通过无线定位模块装置和惯性导航模块装置可以获得模拟小车的位置坐标、运行姿态、运行速度和路程等导航信息，观察人员根据上位机中的导航信息确定模拟小车下一时间的运行方位。本实用新型可以克服惯性导航产生的累计误差，还可以克服无线定位模块装置易受外界环境干扰的缺点。
【IPC分类】G01C25-00
【公开号】CN204405082
【申请号】CN201520057741
【发明人】李庆华, 李红卫, 周涵, 杨扬
【申请人】齐鲁工业大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月28日