水下航行体的路径设定方法、使用该方法的水下航行体的最佳控制方法及水下航行体技术

本发明专利技术能够对水下航行体设定相对于基准的最佳潜航路径而进行航行控制。本发明专利技术具备下述步骤：潜航点输入步骤(S12)，其输入水下航行体的潜航点；目标值设定步骤(S14)，其设定潜航点处的初始目标值；潜航模拟步骤(S22)，其利用水底地形的数据和目标值，基于水下航行体的运动模型，对与目标值相对应的水下航行体的潜航路径进行模拟；以及目标值更新步骤(S28)，其基于评估函数更新目标值，所述评估函数是基于通过潜航模拟步骤(S22)中的模拟得到的潜航路径计算出的，通过重复进行潜航模拟步骤(S22)和目标值更新步骤(S28)而导出最佳目标值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水下航行体的路径设定方法、使用该方法的水下航行体的最佳控制方法及水下航行体
本专利技术涉及一种水下航行体的路径设定方法、使用该路径设定方法的水下航行体的最佳控制方法、以及水下航行体。
技术介绍
近年来，海底等水底作为以矿物资源为首的各种资源的供给源而引人注目。与此相伴，水底调查的必要性也逐渐升高。水底调查一般利用以声波、激光、可见光线、电磁波等信号为介质的遥感方法，但这些信号会发生传输损耗，因此只有在尽可能接近水底的位置使用才能获得高分辨率及高精度的信息。因此，需要使水下航行体(例如潜水艇)以期望的轨道或姿态在水底附近行驶(航行)的技术。已公开了一种技术，其具备用于设定水下航行体的深度的深度设定单元，并基于所设定的规定深度对船尾舵进行驱动控制(专利文献1)。在这里，在深度设定单元与深度控制单元之间设置有限制电路，通过限制电路进行控制以使得水下航行体不与水底接触。已公开了一种技术，其为了在进行水下航行体的自动操控时推定运动状态量，使用追随水下航行体的运动特性的运动模型而提高运动状态量的推定精度(专利文献2)。另外，公开了一种考虑潮汐洋流等的影响而对水下航行体进行转向控制的技术(专利文献3)。另外，公开了一种定位技术，其针对为了对水下航行体进行行驶控制必须获取水下航行体的正确位置的情况，通过利用多波束测深仪对多个位置测量深度而确定水下航行体的位置(专利文献4)。还公开了下述技术，即，获取水下航行体的速度、深度、高度、姿态角等状态信息，基于状态信息设定能够安全航行的安全域，并控制水下航行体以使其能够在安全域内航行(专利文献5)。专利文献1：日本特开昭63-273797号公报专利文献2：日本特开平05-016878号公报专利文献3：日本特开2003-127983号公报专利文献4：日本特开2007-292729号公报专利文献5：日本特开2015-063181号公报声波等探测信号的反射强度具有与相对于水底的入射角成反比的性质。即，在相对于水底较平的入射(入射角较大)时，与垂直入射(0度入射)相比反射强度明显变弱。因此，在起伏较多的复杂水底地形的情况下，反射信号的强度与地形相关，与平坦面的情况相比变弱。并且，在复杂的水底地形中，多径问题也与平坦的水底面相比变得显著。其结果，利用高度仪得到的高度测量值的可靠性也降低。由于上述情况，为了行驶安全，除了像平坦水底这样能够稳定地以高精度获得高度信息的情况以外，很少采用高度控制导航而较多采用深度控制导航。现状下，在应用深度控制导航时，以使得航行体与水底相距适当距离的方式设定目标深度，进行控制以防止航行体碰撞到水底。但是，在深度设定时没有定量地评估水底地形与AUV动态之间的关系，在险峻的水底地形等中有可能与水底碰撞。另一方面，如果为了避免碰撞到水底而将目标深度设定为与水底相距充分远，则能够从水底获取的数据的质量和分辨率将显著下降。因此，实际上是基于经验和直觉而与水底相距适当的距离的方式设定目标深度。另外，有时也优选与水底调查所使用的传感器种类相应地，使水下航行体采取特定的姿态，例如平行于水底的姿态。在此情况下，优选以在避免碰撞到水底的同时与水底斜面最近似的轨道航行。上述的对比文件1至5的技术都无法实现确定潜航点而得到水下航行体在防止碰撞的同时最接近水底的最佳潜航路径。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述课题中的至少一个而提出的，其目的在于提供一种水下航行体的路径设定方法，该水下航行体的路径设定方法能够对水下航行体设定基于基准的最佳路径而进行行驶控制，并且提供使用该路径设定方法的水下航行体的最佳控制方法以及水下航行体。对应于权利要求1的水下航行体的路径设定方法具备下述步骤：潜航点输入步骤，在该步骤中，输入水下航行体的潜航点；目标值设定步骤，在该步骤中，设定所述潜航点处的初始目标值；潜航模拟步骤，在该步骤中，利用作为基准的水底地形的数据和所述目标值，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标值相对应的所述水下航行体的潜航路径进行模拟；以及目标值更新步骤，在该步骤中，基于评估函数的值更新所述目标值，其中，所述评估函数的值是基于通过所述潜航模拟步骤中的模拟得到的所述潜航路径计算出的，通过重复进行所述潜航模拟步骤和所述目标值更新步骤而导出最佳的所述目标值。在这里，所述目标值可以为所述潜航点处的目标深度。另外，可以具备最小容许高度设定步骤，在该步骤中设定所述水下航行体的最小容许高度，所述潜航模拟步骤利用所述水底地形的数据和所述目标深度，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标深度相对的所述水下航行体的计算潜航高度进行模拟，通过将所述计算潜航高度和所述最小容许高度进行比较而导出最佳的所述目标深度。另外，可以在所述目标值更新步骤中，在所述计算潜航高度的最小值和所述最小容许高度存在差异的情况下，更新所述目标深度以使得所述计算潜航高度的所述最小值接近所述最小容许高度。另外，可以将所述评估函数的值设为多个所述潜航点处的所述计算潜航高度和所述最小容许高度之差的绝对值的总和、或者为差值平方的总和，所述目标值更新步骤以使得所述评估函数的值变小的方式更新所述目标深度。另外，所述目标值可以为所述潜航点处的目标高度。另外，可以具备最小容许高度设定步骤，在该步骤中设定所述水下航行体的最小容许高度，所述潜航模拟步骤利用所述水底地形的数据和所述目标高度，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标高度相对应的所述水下航行体的计算潜航高度进行模拟，通过将所述计算潜航高度和所述最小容许高度进行比较而导出最佳的所述目标高度。另外，可以在所述目标值更新步骤中，在所述计算潜航高度的最小值和所述最小容许高度存在差异的情况下，更新所述目标高度以使得所述计算潜航高度的所述最小值接近所述最小容许高度。另外，可以将所述评估函数的值设为多个所述潜航点处的所述计算潜航高度和所述最小容许高度之差的绝对值的总和、或者为差值平方的总和，所述目标值更新步骤以使得所述评估函数的值变小的方式更新所述目标高度。在这里，所述目标值可以为所述水下航行体在所述潜航点处的目标基准姿态。另外，可以具备最小容许高度设定步骤，在该步骤中设定所述水下航行体的最小容许高度，所述潜航模拟步骤利用所述水底地形的数据和所述目标基准姿态，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标基准姿态相对应的所述水下航行体的计算潜航高度进行模拟，通过将所述计算潜航高度和所述最小容许高度进行比较而导出最佳的所述目标高度。另外，可以在所述目标值更新步骤中，在所述计算潜航高度的最小值和所述最小容许高度存在差异的情况下，更新所述目标基准姿态以使得所述计算潜航高度的所述最小值接近所述最小容许高度。另外，可以将所述评估函数的值设为多个所述潜航点处的所述计算潜航高度和所述最小容许高度之差的绝对值的总和、或者为差值平方的总和，所述目标值更新步骤以使得所述评估函数的值变小的方式更新所述目标基准姿态。另外，所述潜航模拟步骤和所述目标值更新步骤的重复次数可以是预先确定的。另外，可以替代所述水底地形的数据而使用基准路径。另外，可以替代所述水底地形的数据而使用所述水下航行体在所述潜航点处的基准姿态。另外，可以替代所述水底地形的数据而使用所述水下航行体在所述潜航点处的基准角度。权利要求17所记载的水下航行体的最佳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下航行体的路径设定方法，其特征在于，具备下述步骤：潜航点输入步骤，在该步骤中，输入水下航行体的潜航点；目标值设定步骤，在该步骤中，设定所述潜航点处的初始目标值；潜航模拟步骤，在该步骤中，利用作为基准的水底地形的数据和所述目标值，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标值相对应的所述水下航行体的潜航路径进行模拟；以及目标值更新步骤，在该步骤中，基于评估函数的值更新所述目标值，其中，所述评估函数的值是基于通过所述潜航模拟步骤中的模拟得到的所述潜航路径计算出的，通过重复进行所述潜航模拟步骤和所述目标值更新步骤,导出最佳的所述目标值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.09 JP 2015-2402521.一种水下航行体的路径设定方法，其特征在于，具备下述步骤：潜航点输入步骤，在该步骤中，输入水下航行体的潜航点；目标值设定步骤，在该步骤中，设定所述潜航点处的初始目标值；潜航模拟步骤，在该步骤中，利用作为基准的水底地形的数据和所述目标值，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标值相对应的所述水下航行体的潜航路径进行模拟；以及目标值更新步骤，在该步骤中，基于评估函数的值更新所述目标值，其中，所述评估函数的值是基于通过所述潜航模拟步骤中的模拟得到的所述潜航路径计算出的，通过重复进行所述潜航模拟步骤和所述目标值更新步骤,导出最佳的所述目标值。2.根据权利要求1所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，所述目标值为所述潜航点处的目标深度。3.根据权利要求2所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，具备最小容许高度设定步骤，在该步骤中设定所述水下航行体的最小容许高度，所述潜航模拟步骤利用所述水底地形的数据和所述目标深度，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标深度相对的所述水下航行体的计算潜航高度进行模拟，通过将所述计算潜航高度和所述最小容许高度进行比较而导出最佳的所述目标深度。4.根据权利要求3所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，在所述目标值更新步骤中，在所述计算潜航高度的最小值和所述最小容许高度存在差异的情况下，更新所述目标深度以使得所述计算潜航高度的所述最小值接近所述最小容许高度。5.根据权利要求3或4所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，将所述评估函数的值设为多个所述潜航点处的所述计算潜航高度和所述最小容许高度之差的绝对值的总和、或者为差值平方的总和，所述目标值更新步骤以使得所述评估函数的值变小的方式更新所述目标深度。6.根据权利要求1所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，所述目标值为所述潜航点处的目标高度。7.根据权利要求6所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，具备最小容许高度设定步骤，在该步骤中设定所述水下航行体的最小容许高度，所述潜航模拟步骤利用所述水底地形的数据和所述目标高度，基于所述水下航行体的运动模型，对与所述目标高度相对应的所述水下航行体的计算潜航高度进行模拟，通过将所述计算潜航高度和所述最小容许高度进行比较而导出最佳的所述目标高度。8.根据权利要求7所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，在所述目标值更新步骤中，在所述计算潜航高度的最小值和所述最小容许高度存在差异的情况下，更新所述目标高度以使得所述计算潜航高度的所述最小值接近所述最小容许高度。9.根据权利要求7或8所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，将所述评估函数的值设为多个所述潜航点处的所述计算潜航高度和所述最小容许高度之差的绝对值的总和、或者为差值平方的总和，所述目标值更新步骤以使得所述评估函数的值变小的方式更新所述目标高度。10.根据权利要求1所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，所述目标值为所述水下航行体在所述潜航点处的目标基准姿态。11.根据权利要求10所述的水下航行体的路径设定方法，其特征在于，具...

【专利技术属性】
技术研发人员：金冈秀，
申请(专利权)人：国立研究开发法人海上·港湾·航空技术研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP