一种基于单信标的水下滑翔机定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单信标的水下滑翔机定位系统及方法。定位系统包括水下滑翔机内的定位声学接收模块、定位处理模块、压力传感器、姿态传感器和卫星接收模块，以及一个部署于海底或海面的定位信标。首先单定位信标以固定时间间隔发送包含经纬度和高程信息的定位报文，水下滑翔机侦听并解析定位报文，结合报文信息和节点姿态信息建立状态向量、测量向量以及相应的状态方程和测量方程，利用扩展卡尔曼滤波，计算得到估计的水下移动节点位置。本方法对水下滑翔机进行定位时，无需水下滑翔机与信标保持时钟同步，且无需装备速度仪。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单信标的水下滑翔机定位系统及方法
本专利技术属于定位
，涉及一种基于单信标的水下滑翔机定位系统及方法，结合单个定位信标所发的定位报文信息与水下机器人的姿态信息，实现水下滑翔机的定位。
技术介绍
近年来，海洋资源勘探、海洋环境监测、水下设备研发等成为热点方向。水下机器人，如自主水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicles,AUV)、水下滑翔机(UnderwaterGliders,UG)、遥控水下机器人(RemoteOperatedVehicles,ROV)等，越来越多地应用于海洋环境监测与水下目标探测中，且这类水下设备常需要机动到指定区域执行相应水下任务。因此，水下机器人的定位跟踪是机器人在科学研究与工程应用中的支撑技术之一。由于电磁波信号在海水中会受到较大的衰减，陆地上较为成熟的定位系统(如美国的全球定位系统，中国的北斗定位系统等)并不适合用于水下机器人的定位。声信号在海水中的衰减小，水声信号是水下信息传输的主要载体，常被用于水下设备的定位跟踪领域。在此基础上发展出来了以长基线、短基线和超短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单信标的水下滑翔机定位系统，其特征在于：/n包括设置在水下滑翔机内的定位声学接收模块、定位处理模块、压力传感器、姿态传感器和卫星接收模块，以及一个部署于海底或海面的定位信标；定位声学接收模块包括水听器和水声接收模块，用于接收来自定位信标的定位报文和记录定位报文到达时刻；压力传感器用于获取水下滑翔机的深度信息；姿态传感器用于获取水下滑翔机的实时姿态信息；定位处理模块用于执行定位算法，估计水下滑翔机的位置；水下滑翔机在开始一次滑翔或结束一次滑翔时浮出水面，卫星接收模块用于此时对水下滑翔机进行初始位置校正；/n如定位信标是部署于海底的海底信标，则该海底信标包含声学系统和定位声学收发机；声...

【技术特征摘要】
1.一种基于单信标的水下滑翔机定位系统，其特征在于：
包括设置在水下滑翔机内的定位声学接收模块、定位处理模块、压力传感器、姿态传感器和卫星接收模块，以及一个部署于海底或海面的定位信标；定位声学接收模块包括水听器和水声接收模块，用于接收来自定位信标的定位报文和记录定位报文到达时刻；压力传感器用于获取水下滑翔机的深度信息；姿态传感器用于获取水下滑翔机的实时姿态信息；定位处理模块用于执行定位算法，估计水下滑翔机的位置；水下滑翔机在开始一次滑翔或结束一次滑翔时浮出水面，卫星接收模块用于此时对水下滑翔机进行初始位置校正；
如定位信标是部署于海底的海底信标，则该海底信标包含声学系统和定位声学收发机；声学系统用于标定海底信标的位置；定位声学收发机用于广播定位报文；海底信标布放后，首先处于信标位置标定模式，在获取自身位置后，再切换至信标工作模式，并以固定的时间间隔广播定位报文；
如定位信标是部署于海面的海面信标，则该海面信标包含卫星信号接收机和定位声学收发机；卫星信号接收机用于接收卫星信号，获取海面信标的实时位置；定位声学收发机用于广播定位报文；海面信标布放后，直接进入信标工作模式，通过卫星信号接收机实时获取信标的位置信息，并以固定的时间间隔广播定位报文。


2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于：所述的定位报文共128比特，依次包括：12比特的同步码SYN，用于指示定位报文的起始位；4比特的类型码TYP，用于指示定位报文的类型；8比特的标号码ADR，用于指示定位报文由哪个信标发送；8比特的保留位RES，用于控制功能的保留位；32比特的经度信息LON，32比特的纬度信息LAT，16比特的高程信息HEI；16比特的纠错冗余位FCC，用于报文的帧纠错。


3.利用权利要求1所述的定位系统进行水下滑翔机定位的方法，其特征在于，该方法具体是：
步骤(1).部署于海底或海面的定位信标周期性地发送定位报文，具体是：定位信标按照规定的定位报文格式，将包含定位信标的经度、纬度和高程的信息组成定位报文，以固定的时间间隔广播定位报文；
步骤(2).水下滑翔机侦听定位报文，具体是：水下滑翔机通过定位声学接收模块接收到定位信标发送的定位报文，同时记录第n个定位报文到达定位声学接收模块的达到时刻tn；接收到的定位报文及其达到时刻发送给水下滑翔机的定位处理模块；
步骤(3).定位处理模块完成对水下滑翔机自身位置的估计，具体步骤如下：
(3-1).定位处理模块解析定位报文，得到定位信标的经度L、纬度B和高程H；
(3-2).定位处理模块从姿态传感器读取水下滑翔机当前的姿态信息；水下滑翔机在tn时刻获取的姿态信息包括：水下滑翔机移动方向与水平面的夹角θn；水下滑翔机移动方向的水平分量与正东方向的夹角，即航向角水下滑翔机的深度zn；
(3-3).定位处理模块根据姿态信息构...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈惠芳，谢磊，刘峰，吕传磊，徐文，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33