用于确定水下航行器的位置的系统和方法技术方案

技术编号:2656719 阅读:175 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
提供了一种用于水下航行器在水下运行时确定其位置的系统和方法。有浮力的浮体位于水面上或者近于水面,并且通过细的、可包括绝缘电线的绳索接附到航行器。航行器在水下移动并且拖动其后的浮体。浮体可以接收到诸如指示其GPS位置的信号的定位信号,并且因此可以精确确定其位置。位置可以通过位于绳索中的电线发送给水下航行器。水下航行器可以使用传感器和/或计算来确定航行器和浮体浮标之间的位置偏移量,并且基于已知的浮体位置和位置偏移量产生其实际位置。浮体可以构建有以下特征:允许浮体以较长绳索长度运行并且又允许水下航行器以更大深度运行。浮体通常也可以载有无线电系统用于在航行器潜水时从航行器高速通信信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0002本专利技术提供用于确定水下航行器的精确位置的系统和方法。更 具体地, 一个示例性系统提供可以接收诸如GPS信号的位置信号的浮体,并 且转换水下航行器距离所述浮体的GPS固定位置偏移量,从而获知所述水下 航行器的位置。
技术介绍
0003由于高频无线电波通常在水中不能传输较长的距离,所以难 以确定无人水下航行器(UUV)或者自动水下航行器(AUV)的位置。这 使得通常无法直接接收GPS信号,否则其将能提供良好的定位。用于确定 水下航行器的位置的传统方法典型地包括使航行器浮上水面以进行GPS 定位,随后进入水下并且使用各种传感器(多普勒速度计程仪、惯导INS、 声学浮标测距)和航位推测计算来确定相对所述固定位置的运动。此过程 不仅使航行器暴露于水面(使其偏离任务并且可能使其处于危险之中),并且由于误差可以在航位推测计算中积累,导致定位中的误差。0004现有技术中也公开多个方案允许从水下航行器通过绳索发送浮标浮体到水面来获得GPS定位。这些方案包括美国专利NO.6058874、 美国专利N0.537卯34、美国专利N0.5291194、美国专利NO.5377165和 美国专利NO.6907839。这些专利的每一个都公开了这样的方案将接附 有电线的一些浮体升到水面上,以允许GPS和/或射频链接运行,而航行 器位于水面以下。这些方法存在一个问题,就是它们不是确定航行器的位 置,而是通常确定浮体的位置。因此,这些参考文件没有处理由绳索产生 的航行器到浮体的偏移量所带来的误差。此外,现有技术中没有描述更大 长度的绳索。如果提供小于1米的GPS精确度,并且用来将GPS浮体接 附到航行器的绳索具有10米的长度,则会使定位的精确度增加一个量级 的误差。在UUV用于诸如水道测量的操作中时,其中需要10米的总精度, 或者用在水雷侦查和排除中的操作中时,其中航行器需要多次返回同一位 置,这就变得十分重要。
技术实现思路
0005本专利技术描述的方法和设备用于将浮体的定位转换为航行器的实际位置。此外,还公开了绳索和浮标浮体的一些关键特征,使得系统在 操作中更加可靠。0006在一个方面,本专利技术提供一种用于确定水下航行器的位置的 方法。具有接收器的浮体被绳索连接到所述水下航行器。所述接收器接代表浮体位置的信号。随后计算所述浮体和所述水下航行器之间的位置偏 移距离并且将其与所述浮体的位置相加,用来确定所述水下航行器的位 置。在一个实施例中,计算所述位置偏移距离包括确定所述浮体和所述水 下航行器之间的距离、确定所述水下航行器的深度和求出所述位置偏移距 离。在水下航行器的4充行方向上,并且可选地也可以在与水下航行器航行 方向的垂直方向上确定位置偏移距离。0007在本专利技术的另一方面,提供一种用于确定水下航行器位置的 系统。所述系统包括具有接收器的浮体,所述接收器用于接收用于代表浮 体位置的位置信号。所述浮体充分有浮力,使得接收器位于可以接收所述 信号的位置。绳索将所述浮体连接到所述水下航行器,并且提供所述浮体 和所述水下航行器之间的通信信道。在浮体和水下航行器中的至少一个上 提供偏移量计算元件来提供所述水下航行器和所述浮体之间的位置偏移 距离。处理器随后可以通过将所述位置偏移距离与所述浮体的位置相加来 计算所述水下航行器的位置。附图说明图1示出本专利技术的系统的图,其中,航行器拖着一个小浮体; 图2为图1的浮体的示意图; 图3为图1的航行器的示意图4图解说明本专利技术的方法的几何关系,该方法用于确定绳索连接到图 1的系统的水下航行器的浮体的位置偏移量;图5图解说明俯^L图4时的几何关系,示出浮体被推偏离航行器轨迹a角;和图6示出具有绳索递送系统的本专利技术的水下航行器的壳体部分的图。 具体实施例方式0008提供一种用于确定水下航行器在水下运行时的位置的系统和方法。有浮力的浮体位于或者接近于水的表面,并且通过可以包括绝缘电 线的细的绳索和航行器相接附。航行器在水下运动并且其后拖着浮体。浮体可以接收到诸如指示其GPS位置的信号的定位信号,并且从而可以精确 确定其位置。位置可以经位于绳索中的电线传输给水下航行器。水下航行 器可以使用传感器和/或计算方法来确定航行器距离浮体浮标的位置偏移 量,并且基于已知的浮体位置和所述位置偏移量来得到其实际位置。浮体 可以构建有以下特征允许浮体以较长的绳索长度运行以及又允许水下4元 行器在更大的深度运行。浮体通常也可以载有无线电系统用于在航行器潜 行时与来自航行器的信号高速通信。0009现在参见图1,描述用于确定水下航行器12的位置的本专利技术 的系统10的第一实施例。系统10包括水下航行器12、浮体14和将所述 浮体连接到所述水下航行器的绳索16。浮体14包括天线18,使得其可以 接收指示浮体位置的信号。浮体14可以将此位置发送给水下航行器12。 此外,水下航行器12可以计算与浮体14的偏移位置,使得可以将浮体的 位置转换为航行器的位置。与现有技术的系统和方法相比,其可以更精确 地确定航行器的位置,并且允许系统在带有更大长度绳索时运行,从而相 比传统系统,使得系统允许水下航行器航行到更深的深度。0010浮体14可以是通常传统结构,如同已知的各种浮标那样浮在 水体的表面或者接近水面。总的来说,浮体至少包括天线18用于接收代表浮体位置的信号,或者由其可以计算出浮体的位置。0011在图2所示的优选实施例中,浮体包括接收器20用于接收定 位信号,并且更具体地,接收GPS信号。GPS是指全球定位系统, 一组超过 24个GPS人造卫星,其通过无线电向电子GPS接收器广播精确定时信号,使 其可以实时精确确定其位置(经度、维度和高度)。GPS接收器20在通过比 较人造卫星的编码时间信号传输信息来测量到至少四个人造卫星的距离后, 使用三边测量方法计算其当前位置(经度、维度、海拔)和精确时间。通常, GPS接收器20在水下是高度不精确的或者是完全不可运行的。基于此原因, 按照接收器和信号的要求,在浮体上提供GPS接收器(或者用于接收不能在 水下精确接收的另一类型位置或者定位信号的其它接收器)20,使得其可以 接近、位于水表面或者在水面之上。在一个示例性实施例中,用于接收位置 信号的接收器20是GPS接收器,诸如Garmin OEM系统GPS 15L (来自于堪 萨斯州奥拉西市的Garmin国际公司),使用简单的WAAS差动修正,在大于 95%时间的情况下,其可以获取优于1米的高精度定位。0012浮体14也可以载有诸如射频通信硬件的通信硬件22,用于使 用天线24来发送和接收通信。Wi-Fi (例如,IEEE标准802. llg)是低成本 无线电技术的一个例子,使用合适的天线布置,其可以非常低的成本仍能用 于几英里的距离。浮体上还可以包括处理器26用于处理信息并且通过绳索 16传递来往GPS接收器20、通信硬件22和水下航行器12的通信。浮体14上还可以包括诸如声纳或者激光测距仪的测距部件28 ,用于以合适的频率运 行来确定到水下航行器的距离。本领域内的普通技术人员可以认识到测距部件28可以被放置于浮体14上、水下航行器12上或者分布于二者之间。0013浮体14通过绳索16与水下航行器相连接。绳索16提供拖拉 浮体14所需的强度,以及本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于确定水下航行器的位置的系统,包括: 浮体,所述浮体包括接收器,所述接收器用于接收表示浮体位置的位置信号,并且所述浮体充分有浮力,使得将所述接收器置于可以接收信号的位置; 绳索,连接所述浮体和所述水下航行器,并且提供所述浮体和所述水下航行器之间的通信信道;和 在所述浮体和所述水下航行器的至少一个上提供的偏移量计算元件,用于提供所述水下航行器和所述浮体之间的位置偏移距离; 其中,所述位置偏移距离与所述浮体的位置相加得出所述水下航行器的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:JC克罗韦尔
申请(专利权)人:海洋服务器技术有限公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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