一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法技术

本发明专利技术提出一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，包括洋流补偿阶段和航位推算阶段。本发明专利技术根据试验数据给出了深平均流与深度的线性拟合公式，能够给出不同深度下的深平均流预测值，提高了滑翔机在不同深度剖面下的航位推算精度。而且本发明专利技术在由垂直速度计算水平速度的过程中将攻角的因素也考虑了进去，使用俯仰角和攻角差值来计算水平速度，相较于其他只依赖于俯仰角求解水平速度的方法来说能够针对不同的滑翔机平台进一步提高航位推算的精度。高航位推算的精度。高航位推算的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法


[0001]本专利技术涉及一种水下滑翔机的定位方法，具体说是一种基于洋流补偿条件下进行航位推算的水下滑翔机被动定位方法。

技术介绍

[0002]水下滑翔机是一种将浮标、潜标技术与水下机器人技术相结合而研制出的一种无外挂、依靠自身重力驱动的新型水下航行器。其主要特点是：不带螺旋桨推进系统，通过调节滑翔机净浮力，实现上下沉浮运动，附于机身的水平机翼产生斜向上、或斜向下的升力，操纵滑翔机向前滑翔。水下滑翔机克服了水下航行器功率大、航行时间短的缺点，大大降低了运行成本和制造成本，提高了续航时间，在军事上和海洋探索研究上非常有实用价值。

技术实现思路

[0003]要解决的技术问题
[0004]由于水下滑翔机平台电力有限且体积小，搭载能力较差，面对水下定位问题很难像AUV一样通过搭载DVL和水声定位系统来确定其运动轨迹，大部分滑翔机都只能依靠罗盘、GPS和深度计信息来完成水下航位推算，其难点在于如何提高推算的精度，本专利技术给出了一种考虑攻角对水平速度计算的影响和不同深度下深平均流大小变化关系的洋流补偿下的航位推算方法，能够在信息有限的条件下确保航位推算的精度。
[0005]技术方案
[0006]本专利技术的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，通过该方法可以实现水下滑翔机在水下滑翔过程中的粗定位。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，包括洋流补偿阶段和航位推算阶段：
[0008]1、在洋流补偿阶段，由于实验区域的深平均流未知而表面流已知，本专利技术将表面流C0作为洋流初始参考值，之后根据每次出水时实际出水位置与理论出水位置的矢量差对上一个剖面的深平均流进行估计，并结合任务深度对下一剖面深度下的深平均流做出预测。
[0009]2、在航位推算阶段，由深度计得到每一时刻的深度值，通过计算得到滑翔机在k时刻的垂直速度；由姿态传感器得到每一时刻的航向角、俯仰角与横滚角；通过给定滑翔机的升力与阻力系数求得滑翔机运动时的攻角；在第k时刻，根据垂直速度、俯仰角及攻角数据得到滑翔机的水平速度；根据水平速度和航向角得到滑翔机的北向速度和东向速度；将k时刻所处深度下洋流预测值分解为北向速度和东向速度并得到洋流预测值与滑翔机的北向合速度和东向合速度；根据北向合速度和东向合速度得到第k时刻的北向位移和东向位移；根据k时刻下的北向位移和东向位移计算出经纬度增量从而得出该时刻下的经纬度推算值。
[0010]该方法的流程如图1所示，步骤如下：
[0011]步骤1：根据第i
‑
1个剖面的实际入水点、实际出水点的GPS信息和理想出水点的位置信息得到滑翔机所在区域的该剖面深度h
i
‑1下的深平均流速度C
i
‑1和流向
[0012]步骤2：根据深度h
i
‑1下的深平均流信息，通过深平均流大小随剖面深度变化的数据拟合曲线得到第i个剖面在任务深度h
i
下的深平均流速度预测值C
i
，假设连续两个剖面的时间范围内洋流流向不发生变化，可以得到第i个剖面下的深平均流流向。
[0013]步骤3：将深平均流速度预测值C
i
分解得到洋流的北向速度C
iN
和东向速度C
iE
。
[0014]步骤4：根据滑翔机所搭载深度计的数据计算出k时刻的垂直速度。
[0015]步骤5：根据滑翔机所搭载罗盘的数据获得k时刻的姿态信息。
[0016]步骤6：根据给定当前滑翔机的升力和阻力系数求出其航行状态下的攻角α。
[0017]步骤7：根据k时刻的俯仰角、攻角及垂直速度信息，计算出该时刻下滑翔机的瞬时水平速度，并结合航向角信息分解为北向速度和东向速度。
[0018]步骤8：根据k时刻的瞬时水平速度与深平均流速度得到滑翔机的瞬时总速度并分解为北向瞬时合速度V
N
和东向瞬时合速度V
E
。
[0019]步骤9：把入水点GPS作为航位推算的基准点，通过对步骤8的北向瞬时合速度V
KN
和东向瞬时合速度V
KE
求积分得到k时刻下的北向位移X
KN
和东向位移X
KE
。
[0020]步骤10：根据步骤9得到的北向位移和东向位移得到k时刻的经纬度数据，将每一时刻的经纬度数据组合可以得到完整的滑翔机运动轨迹。
[0021]有益效果
[0022]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0023]1、针对滑翔机一般只搭载罗盘，深度计和GPS的情况，在没有多普勒测速仪的条件下，本专利技术提出了一种能够实现水下定位的方法。
[0024]2、相比于其他针对滑翔机平台的水下定位方法，本专利技术针对洋流的估计方法和航位推算的计算过程做了两部分的优化：
[0025](1)其他针对滑翔机平台的航位推算方法在估计洋流时将前一剖面深度下计算出的深平均流看作整个运动区域的深平均流，忽略了深平均流与深度的关系，本专利技术根据试验数据给出了深平均流与深度的线性拟合公式，能够给出不同深度下的深平均流预测值，提高了滑翔机在不同深度剖面下的航位推算精度。
[0026](2)该方法在由垂直速度计算水平速度的过程中将攻角的因素也考虑了进去，使用俯仰角和攻角差值来计算水平速度，相较于其他只依赖于俯仰角求解水平速度的方法来说能够针对不同的滑翔机平台进一步提高航位推算的精度。
[0027]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]图1：水下滑翔机被动定位方法流程图；
[0030]图2：洋流估计示意图；
[0031]图3：试验中航位推算结果实例图。
具体实施方式
[0032]本专利技术为一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，下面详细描述本专利技术的具体实施方式，步骤如下：
[0033]步骤1：根据第i
‑
1个剖面的实际入水点、实际出水点和理想出水点的GPS位置信息得到滑翔机所在区域的该剖面深度h
i
‑1下的深平均流速度C
i
‑1和流向
[0034]具体实施方式：
[0035]针对步骤1中的内容，将该步进行详细叙述如下：
[0036]步骤1
‑
1：如图2所示，根据平台入水点(Lon
in
,Lat
in
)与出水点(Lon
out
,Lat
out
)的经纬度信息，结合理想出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据第i
‑
1个剖面的实际入水点、实际出水点的GPS信息和理想出水点的位置信息得到滑翔机所在区域的该剖面深度h
i
‑1下的深平均流速度C
i
‑1和流向步骤2：根据深度h
i
‑1下的深平均流信息，通过深平均流大小随剖面深度变化的数据拟合曲线得到第i个剖面在任务深度h
i
下的深平均流速度预测值C
i
，假设连续两个剖面的时间范围内洋流流向不发生变化，得到第i个剖面下的深平均流流向；步骤3：将深平均流速度预测值C
i
分解得到洋流的北向速度C
iN
和东向速度C
iE
；步骤4：根据水下滑翔机所搭载深度计的数据计算出k时刻的垂直速度；根据水下滑翔机所搭载罗盘的数据获得k时刻的姿态信息；根据给定当前水下滑翔机的升力和阻力系数求出其航行状态下的攻角α；步骤5：根据k时刻的俯仰角、攻角及垂直速度信息，计算出该时刻水下滑翔机的瞬时水平速度V
kh
，并结合航向角信息分解为北向速度V
kn
和东向速度V
ke
；步骤6：根据k时刻的瞬时水平速度与深平均流速度得到水下滑翔机的瞬时总速度并分解为北向瞬时合速度V
kN
和东向瞬时合速度V
kE
；步骤7：把入水点GPS作为航位推算的基准点，通过对步骤6的北向瞬时合速度V
kN
和东向瞬时合速度V
kE
求积分得到k时刻下的北向位移X
KN
和东向位移X
KE
；步骤8：根据步骤7得到的北向位移和东向位移得到k时刻的经纬度数据，将每一时刻的经纬度数据组合得到完整的滑翔机运动轨迹。2.根据权利要求1所述一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，其特征在于：步骤1中计算剖面深度h
i
‑1下的深平均流速度C
i
‑1和流向的过程为：根据平台入水点(Lon
in
,Lat
in
)与出水点(Lon
out
,Lat
out
)的经纬度信息，结合理想出水点(Lon,Lat)和剖面航行时间T
i
‑1求出该任务深度h
i
‑1下的深平均流速度C
i
‑1和流向由下式给出：dE＝(Lon
out
‑
Lon
in
)*Rcos((Lat
in
+Lat
out
)/2)dN＝(Lat
out
‑
Lat
in
)*R)*R式中：dE为两GPS点间的东向位移；dN为两GPS点间的北向位移；R＝6378137m为地球半径；T
i
‑1为第i
‑
1个剖面下的航行时间；C
i
‑1为第i
‑
1个剖面的深平均流速度大小；为第i
‑
1个剖面的深平均流方向。3.根据权利要求1所述一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，其特征在于：步骤2的具体过程为：步骤2
‑
1：假设第i个剖面的任务深度为h
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：高剑，陈依民，潘光，宋保维，彭星光，张福斌，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：