一种自主水下航行器的回收方法技术

本发明专利技术为一种自主水下航行器的回收方法，该自主水下航行器包括耐压壳体、海底地震检波模块和多自由度推进模块；该自主水下航行器在接收到水面母船的水声返回信号后抵抗海床土壤的吸附力起飞并上浮，在上浮过程中通过海底地震检波模块和多自由度推进模块的配合作用自主调整航向，最后航行至指定区域后借助遥控潜水器(ROV)通过浸没式回收装置回到水面母船；该方法具备作业范围广，环境适应能力强，运动模式多样的优点，在回收过程中既可以自主控制运行航向，又可以自动检测出水面母船位置从而通过浸没式回收装置回到水面母船，所以该项目的探索研究对于海洋技术的进一步发展具有重要意义。

A recovery method for autonomous underwater vehicle

The invention relates to a method for recovering an autonomous underwater vehicle, which comprises a pressure-resistant shell, a submarine seismic detection module and a multi-degree-of-freedom propulsion module; the autonomous underwater vehicle resists the adsorption force of the seabed soil to take off and floats after receiving the underwater acoustic return signal of the surface carrier, and passes through the process of floating. The method has the advantages of wide range of operation, strong adaptability to the environment and diversified motion modes. In the process of recovery, the method can adjust the course independently by the cooperation of the submarine seismic detection module and the multi-degree-of-freedom propulsion module. It can not only control the course of operation independently, but also automatically detect the position of the surface mother ship and return to the surface mother ship through the submerged recovery device. Therefore, the exploration and research of this project is of great significance for the further development of marine technology.

【技术实现步骤摘要】
一种自主水下航行器的回收方法
本专利技术为涉及海洋
的一种自主水下航行器的回收方法。
技术介绍
目前自主水下航行器在军事海洋技术、海洋科学技术考察、海底勘探、管路维修、海底打捞等多个领域具有广泛的应用，因此自主水下航行器的研制和应用是我国海洋技术研究的重要组成部分,它对于海洋的探索、开发和利用,具有重要的理论研究意义和明确的应用背景。自主水下航行器通常要自带能源在水下工作，其工作时间和航行距离都有限制，因此自主水下航行器的回收是自主水下航行器服役中的一个重要环节。伴随着时代的发展，大量自主水下航行器处于在海上或海底服役中,所以对自主水下航行器的回收有了新的要求。为了更好的适应实际生产生活中的需要,自主水下航行器的回收方法成了研究的一个重点和热点。
技术实现思路
本专利技术为一种自主水下航行器的回收方法，该方法分为四个过程，分别为自主水下航行器结构设定、自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞、自主水下航行器自主调节航态上浮和自主水下航行器航行至指定区域后借助遥控潜水器(ROV)通过浸没式回收装置回到水面母船；过程一、自主水下航行器结构设定：自主水下航行器包括耐压壳体、海底地震检波模块和多自由度推进模块；耐压壳体由高密度耐压材料构成，为自主水下航行器的主体支撑部分；海底地震检波模块包括三分量加速度检波器、水听器和姿态传感器，三分量加速度检波器封装于耐压壳体中，并与耐压壳体刚性固连，提高了三分量加速度检波器与海底的耦合性；水听器固定于自主水下航行器的凹槽中与海水直接接触，从而确保水听器的声学耦合性；姿态传感器封装于耐压壳体中，用以记录自主水下航行器的姿态信息，即自主水下航行器相对于地球参考系的坐标位置；多自由度推进模块包括4个垂向的槽道螺旋桨推进器、4个作动器和2个纵向的槽道螺旋桨推进器，4个垂向的槽道螺旋桨推进器按矩形四个顶点的规则布置于自主水下航行器的四周，提供正反双向的推力用以保持自主水下航行器运行的稳定性，必要时可改变自主水下航行器的运动姿态；4个作动器分别安装在4个垂向的槽道螺旋桨推进器上，用以在自主水下航行器改变运动姿态时产生动作控制4个垂向的槽道螺旋桨推进器；2个纵向的槽道螺旋桨推进器布置于自主水下航行器的两侧内部，提供纵向的推力用以推动自主水下航行器前进，也可通过2个纵向的槽道螺旋桨推进器的差速旋转提供转向力矩，推动自主水下航行器的转向；过程二、自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞：自主水下航行器通过搭载的海底地震检波模块的水听器接收水面母船发出的水声返回信号后，2个纵向槽道螺旋桨推进器反向转动，产生的扭转力矩松动附着在自主水下航行器周围的海床土壤；同时，4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作产生垂向推力，使自主水下航行器从海床上起飞；过程三、自主水下航行器自主调节航态上浮：4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作，使自主水下航行器改变为竖直航态，即一种低阻力航行姿态，自主水下航行器在2个纵向的槽道螺旋桨推进器推力的作用下克服重力上浮；同时，海底地震检波模块的姿态传感器检测自主水下航行器的当前姿态，当自主水下航行器受到海流等外力影响偏离竖直状态时，通过4个垂向的槽道推进器的短促微调将自主水下航行器修正到竖直航态，具体修正航态方法如下：(1)海底地震检波模块的姿态传感器检测自主水下航行器的当前姿态，得到自主水下航行器当前姿态数据集，令自主水下航行器当前姿态数据集为P＝{x,y,z,α,β,γ}，其中x为自主水下航行器当前横向坐标值，y为自主水下航行器当前纵向坐标值，z为自主水下航行器当前垂向坐标值，α为自主水下航行器当前绕横向旋转的角度值，β为自主水下航行器当前绕纵向旋转的角度值，γ为自主水下航行器当前绕垂向旋转的角度值，自主水下航行器当前姿态数据集中的坐标值与角度值都是以地球为参考系，自主水下航行器当前姿态数据集与自身内置的自主水下航行器设定姿态数据集进行数值比较，令自主水下航行器设定姿态数据集为其中a为自主水下航行器设定横向坐标值，b为自主水下航行器设定纵向坐标值，c为自主水下航行器设定垂向坐标值，θ为自主水下航行器设定绕横向旋转的角度值，φ为自主水下航行器设定绕纵向旋转的角度值，为自主水下航行器设定绕垂向旋转的角度值，自主水下航行器设定姿态数据集中的坐标值与角度值也都是以地球为参考系，从而得出平移姿态修正因子和旋转姿态修正因子，分别用于修正自主水下航行器航态的平移偏差和旋转偏差，平移姿态修正因子的计算公式如下：其中，i＝1，2，3为数据集内平移数据的个数，P自主水下航行器当前姿态数据集，Pi为自主水下航行器当前姿态数据集中第i个数据的值，Q自主水下航行器设定姿态数据集，Qi为自主水下航行器设定姿态数据集中第i个数据的值，λ为拉格朗日乘子，一般取值为0.4～0.6，T为矩阵转置符号，为自主水下航行器当前姿态数据集中自主水下航行器当前横向坐标值x、自主水下航行器当前纵向坐标值y和自主水下航行器当前垂向坐标值z的平均值，为自主水下航行器设定姿态数据集中自主水下航行器设定横向坐标值a、自主水下航行器设定纵向坐标值b和自主水下航行器设定垂向坐标值c的平均值，m为平移姿态修正因子；旋转姿态修正因子的计算公式如下：其中，i＝4，5，6为数据集内旋转数据的个数，P自主水下航行器当前姿态数据集，Pi为自主水下航行器当前姿态数据集中第i个数据的值，Q自主水下航行器设定姿态数据集，Qi为自主水下航行器设定姿态数据集中第i个数据的值，λ为拉格朗日乘子，一般取值为0.4～0.6，T为矩阵转置符号，为自主水下航行器当前姿态数据集中自主水下航行器当前绕横向旋转的角度值α、自主水下航行器当前绕纵向旋转的角度值β和自主水下航行器当前绕垂向旋转的角度值γ的平均值，为自主水下航行器设定姿态数据集中自主水下航行器设定绕横向旋转的角度值θ、自主水下航行器设定绕纵向旋转的角度值φ和自主水下航行器设定绕垂向旋转的角度值的平均值，n为旋转姿态修正因子；(2)姿态传感器将平移姿态修正因子m和旋转姿态修正因子n通过综合加权计算得到4个姿态修正子因子，分别为和其中ω为修正权值系数，一般取值为0.2～0.4，4个姿态修正子因子通过无线通讯传给(前、后、左、右)4个垂向的槽道螺旋桨推进器的4个作动器，4个姿态修正子因子分别与4个垂向的槽道螺旋桨推进器的推力呈线性关系，所以4个作动器接收到姿态修正子因子后发生动作，改变4个垂向的槽道螺旋桨推进器的推力，从而调整自主水下航行器当前姿态，使其回到竖直航态；过程四、自主水下航行器航行至指定区域后借助遥控潜水器(ROV)通过浸没式回收装置回到水面母船：水面母船发出水声返回信号来对自主水下航行器进行引导，自主水下航行器通过海底地震检波模块的三分量加速度检波器检测出水声返回信号的波形频段，然后计算出与水面母船之间的马氏距离，2个纵向槽道螺旋桨推进器根据马氏距离开始工作，使得自主水下航行器航行至浸没式回收装置前方的检索范围内，遥控潜水器(ROV)在水面母船工作人员的操作下将自主水下航行器逐个推入浸没式回收装置，然后将含有自主水下航行器的浸没式回收装置从水中提升至水面母船的甲板上。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自主水下航行器的回收方法，其特征在于：所述方法分为四个过程，分别为所述自主水下航行器结构设定、所述自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞、所述自主水下航行器自主调节航态上浮和所述自主水下航行器航行至指定区域后借助遥控潜水器(ROV)通过浸没式回收装置回到水面母船；过程一、所述自主水下航行器结构设定：所述自主水下航行器包括耐压壳体、海底地震检波模块和多自由度推进模块；所述耐压壳体由高密度耐压材料构成，为所述自主水下航行器的主体支撑部分；所述海底地震检波模块包括三分量加速度检波器、水听器和姿态传感器，所述三分量加速度检波器封装于所述耐压壳体中，并与所述耐压壳体刚性固连，提高了所述三分量加速度检波器与海底的耦合性；所述水听器固定于所述自主水下航行器的凹槽中与海水直接接触，从而确保所述水听器的声学耦合性；所述姿态传感器封装于所述耐压壳体中，用以记录所述自主水下航行器的姿态信息，即所述自主水下航行器相对于地球参考系的坐标位置；所述多自由度推进模块包括4个垂向的槽道螺旋桨推进器、4个作动器和2个纵向的槽道螺旋桨推进器，所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器按矩形四个顶点的规则布置于所述自主水下航行器的四周，提供正反双向的推力用以保持所述自主水下航行器运行的稳定性，必要时可改变所述自主水下航行器的运动姿态；所述4个作动器分别安装在所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器上，用以在所述自主水下航行器改变运动姿态时产生动作控制所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器；所述2个纵向的槽道螺旋桨推进器布置于所述自主水下航行器的两侧内部，提供纵向的推力用以推动所述自主水下航行器前进，也可通过所述2个纵向的槽道螺旋桨推进器的差速旋转提供转向力矩，推动所述自主水下航行器的转向；过程二、所述自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞：所述自主水下航行器通过搭载的所述海底地震检波模块的所述水听器接收所述水面母船发出的水声返回信号后，所述2个纵向槽道螺旋桨推进器反向转动，产生的扭转力矩松动附着在所述自主水下航行器周围的海床土壤；同时，所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作产生垂向推力，使所述自主水下航行器从海床上起飞；过程三、所述自主水下航行器自主调节航态上浮：所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作，使所述自主水下航行器改变为竖直航态，即一种低阻力航行姿态，所述自主水下航行器在所述2个纵向的槽道螺旋桨推进器推力的作用下克服重力上浮；同时，所述海底地震检波模块的所述姿态传感器检测所述自主水下航行器的当前姿态，当所述自主水下航行器受到海流等外力影响偏离竖直状态时，通过所述4个垂向的槽道推进器的短促微调将所述自主水下航行器修正到竖直航态，具体修正航态方法如下：(1)所述海底地震检波模块的所述姿态传感器检测所述自主水下航行器的当前姿态，得到所述自主水下航行器当前姿态数据集，令所述自主水下航行器当前姿态数据集为P＝{x,y,z,α,β,γ}，其中x为所述自主水下航行器当前横向坐标值，y为所述自主水下航行器当前纵向坐标值，z为所述自主水下航行器当前垂向坐标值，α为所述自主水下航行器当前绕横向旋转的角度值，β为所述自主水下航行器当前绕纵向旋转的角度值，γ为所述自主水下航行器当前绕垂向旋转的角度值，所述自主水下航行器当前姿态数据集中的所述坐标值与所述角度值都是以地球为参考系，所述自主水下航行器当前姿态数据集与自身内置的所述自主水下航行器设定姿态数据集进行数值比较，令所述自主水下航行器设定姿态数据集为...

【技术特征摘要】
1.一种自主水下航行器的回收方法，其特征在于：所述方法分为四个过程，分别为所述自主水下航行器结构设定、所述自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞、所述自主水下航行器自主调节航态上浮和所述自主水下航行器航行至指定区域后借助遥控潜水器(ROV)通过浸没式回收装置回到水面母船；过程一、所述自主水下航行器结构设定：所述自主水下航行器包括耐压壳体、海底地震检波模块和多自由度推进模块；所述耐压壳体由高密度耐压材料构成，为所述自主水下航行器的主体支撑部分；所述海底地震检波模块包括三分量加速度检波器、水听器和姿态传感器，所述三分量加速度检波器封装于所述耐压壳体中，并与所述耐压壳体刚性固连，提高了所述三分量加速度检波器与海底的耦合性；所述水听器固定于所述自主水下航行器的凹槽中与海水直接接触，从而确保所述水听器的声学耦合性；所述姿态传感器封装于所述耐压壳体中，用以记录所述自主水下航行器的姿态信息，即所述自主水下航行器相对于地球参考系的坐标位置；所述多自由度推进模块包括4个垂向的槽道螺旋桨推进器、4个作动器和2个纵向的槽道螺旋桨推进器，所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器按矩形四个顶点的规则布置于所述自主水下航行器的四周，提供正反双向的推力用以保持所述自主水下航行器运行的稳定性，必要时可改变所述自主水下航行器的运动姿态；所述4个作动器分别安装在所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器上，用以在所述自主水下航行器改变运动姿态时产生动作控制所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器；所述2个纵向的槽道螺旋桨推进器布置于所述自主水下航行器的两侧内部，提供纵向的推力用以推动所述自主水下航行器前进，也可通过所述2个纵向的槽道螺旋桨推进器的差速旋转提供转向力矩，推动所述自主水下航行器的转向；过程二、所述自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞：所述自主水下航行器通过搭载的所述海底地震检波模块的所述水听器接收所述水面母船发出的水声返回信号后，所述2个纵向槽道螺旋桨推进器反向转动，产生的扭转力矩松动附着在所述自主水下航行器周围的海床土壤；同时，所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作产生垂向推力，使所述自主水下航行器从海床上起飞；过程三、所述自主水下航行器自主调节航态上浮：所述4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作，使所述自主水下航行器改变为竖直航态，即一种低阻力航行姿态，所述自主水下航行器在所述2个纵向的槽道螺旋桨推进器推力的作用下克服重力上浮；同时，所述海底地震检波模块的所述姿态传感器检测所述自主水下航行器的当前姿态，当所述自主水下航行器受到海流等外力影响偏离竖直状态时，通过所述4个垂向的槽道推进器的短促微调将所述自主水下航行器修正到竖直航态，具体修正航态方法如下：(1)所述海底地震检波模块的所述姿态传感器检测所述自主水下航行器的当前姿态，得到所述自主水下航行器当前姿态数据集，令所述自主水下航行器当前姿态数据集为P＝{x,y,z,α,β,γ}，其中x为所述自主水下航行器当前横向坐标值，y为所述自主水下航行器当前纵向坐标值，z为所述自主水下航行器当前垂向坐标值，α为所述自主水下航行器当前绕横向旋转的角度值，β为所述自主水下航行器当前绕纵向旋转的角度值，γ为所述自主水下航行器当前绕垂向旋转的角度值，所述自主水下航行器当前姿态数据集中的所述坐标值与所述角度值都是以地球为参考系，所述自主水下航行器当前姿态数据集与自身内置的所述自主水下航行器设定姿态数据集进行数值比较，令所述自主水下航行器设定姿态数据集为其中a为所述自主水下...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪德，吴哲远，朱仲本，田瑞菊，刘传奇，姜涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23