一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系统及方法。构建了一种包括电源模块、AUV控制模块、AUV动力模块、海缆探测模块、组合导航定位模块以及无线传输模块的水下海缆巡检系统。通过多传感器配合进行海缆探测，能够提高在水下复杂环境中对海缆的识别准确度，由磁力仪探测海缆方向和位置，侧扫声纳和水下摄像机基于图像信息进行海缆识别，记录海缆破损状态等，弥补单一传感器探测的局限性，提高探测准确度。通过组合导航定位算法计算系统的姿态和位置，解决探测设备在水下定位不准确的问题。采用滤波增益补偿算法，克服了定位误差累积。实时上传海缆巡检系统在水下的精确位置信息，提高了海缆探测巡检过程的安全性。提高了海缆探测巡检过程的安全性。提高了海缆探测巡检过程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系统及方法


[0001]本专利技术属于海缆巡检
，具体涉及一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系统及方法。

技术介绍

[0002]得益于大容量、高可靠性、低损耗、抗电磁干扰能力强等特点，目前全球95％以上的国际数据选择通过海底光缆进行传输。但是复杂的海洋环境，例如高水压、高腐蚀性等，使海缆有可能遭受损坏，这将对远程数据通信产生严重的不利影响，因此，海缆巡检成为一项必要的任务。
[0003]现有的海缆巡检探测方法有磁探测法、侧扫声纳探测法、浅地层刨面探测法以及水下摄像探测法等。磁探测法通过探测水下磁场变化，从而探测出水下管道等磁异常体，能够对裸露和埋藏管道探测且精度高，但是定位精度较低。侧扫声纳通过发射并接收声波信号形成图像，能够识别海底管道，分辨率和工作效率高，但在深水条件下定位精度较低。浅地层刨面探测法，能够对直径较大并埋藏较浅的管道探测明显，但是对管径小的管线探测能力弱。水下摄像机通过光学摄影能够直观可靠的识别裸露或悬空的海缆管道，但可视距离较短故探测范围较小。
[0004]综合现有海缆探测方法可以发现，单一探测方法无法完全满足在海底复杂环境下对海缆的探测，且大多存在传感器定位精度较低的问题，因此亟需一种能够在水下自动寻找海缆并在水下复杂环境中实现巡航检查的方法，用于对海缆埋深、裸露、悬空以及障碍物进行识别判定，记录海缆坐标并上传精准位置信息。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系统及方法，基于多传感器与水下组合导航定位，在扩大探测范围的同时提高在海底复杂环境下对海缆的探测精度以及巡检效率。
[0006]一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系统，包括电源模块、AUV控制模块、AUV动力模块、海缆探测模块、组合导航定位模块以及无线传输模块。
[0007]所述电源模块用于为系统中的其他模块提供稳定电压。
[0008]所述AUV控制模块根据海缆探测模块、组合导航定位模块采集的信息，输出运动控制命令，保存水下海缆信息与自身位置信息，并通过无线传输模块传输位置信息。
[0009]所述AUV动力模块接收AUV控制模块输出的运动控制命令，控制AUV在巡检过程的姿态。
[0010]所述海缆探测模块包括磁力仪、侧扫声纳和水下摄像机，执行水下海缆探测任务。
[0011]所述组合导航定位模块包括GPS、姿态仪、DVL、深度计和高度计，其中GPS和姿态仪用于水面组合导航，姿态仪、DVL、深度计和高度计用于水下组合导航，提供AUV自身的位置信息。
[0012]所述无线传输模块包括水面无线传输和水下无线传输，其中水面无线传输利用无线电台和北斗通信能分别实现中短距离和长距离的信息传输，水下无线传输基于声学通信机，实现AUV潜行过程与船载岸基间的数据通信。
[0013]一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检方法，使用基于上述的巡检系统进行水下海缆探测巡检，具体包括以下步骤：
[0014]步骤一、巡检系统开始运行后，首先通过海缆探测模块中的磁力仪探测水下磁场的变化，根据磁场变化规律判断出海缆在水下的方向，AUV控制模块驱动AUV向海缆方向靠近。
[0015]步骤二、AUV向海缆方向靠近的同时，通过组合导航定位模块中的高度计判断自身与海底的高度距离，当高度距离小于设定阈值时，打开海缆探测模块中的侧扫声纳和水下摄像机，通过磁力仪、侧扫声呐和水下摄像机同时对周围环境进行探测。
[0016]步骤三、设置AUV进入海缆巡检模式。当侧扫声呐和水下摄像机没有在周围环境中捕捉或探索到海缆图像时，判断海缆处于埋藏状态，AUV根据磁力仪感知的海缆方向，执行巡检任务，侧扫声呐和水下摄像机继续探测、捕捉海缆图像；当侧扫声呐和水下摄像机捕捉并识别出有效海缆图像时，判断海缆处于裸露状态，AUV根据磁力仪感知的海缆方向以及侧扫声呐得到海缆精确位置，执行巡检任务，同时水下摄像机将捕捉的海缆有效图像传输到AUV控制模块，对图像中的海缆进行安全检测。
[0017]步骤四、AUV进入海缆巡检模式后，使用组合导航定位确定自身位置坐标，并通过无线传输模块发送到船载岸基。确定位置坐标的过程具体包括以下步骤：
[0018]s4.1、通过姿态仪得到AUV的加速度、航向角、俯仰角、横滚角度，通过DVL获得三轴对流速度，通过高度计获得系统的离底高度，通过深度计获得系统的水下深度。
[0019]s4.2、采用变分贝叶斯
‑
卡尔曼滤波对DVL获得的三轴对流速度进行滤波处理，估计测量噪声，输出滤波处理后准确的速度信息。
[0020]s4.3、基于自适应卡尔曼滤波方法设计SINS/DVL组合滤波器，对姿态仪采集的数据以及s4.2滤波后的数据进行模型搭建，对系统的导航参数进行滤波处理。
[0021]s4.4、通过高度计和深度计采集的数据对s4.3滤波后的结果进行矫正，然后解算组合导航的参数，输出自身位置坐标。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1、基于多传感器的水下AUV海缆巡检方法能够在水下自动寻找海缆并在水下复杂环境中实现巡航检查，可以对海缆埋深、裸露、悬空以及障碍物进行识别判定，记录海缆位置坐标和海缆破损信息并实时上传到岸基平台，与传统海缆巡检方法相较，提高了海缆巡检的工作效率和探测精度。
[0024]2、多传感器配合进行海缆探测能够提高在水下复杂环境中对海缆的识别准确度，由磁力仪探测磁场信息确定海缆方向和位置，侧扫声纳和水下摄像机对图像信息进行海缆目标识别，水下摄像机记录海缆破损状态等信息，可以解决单一传感器探测方法的局限性，同时提高了探测准确度。
[0025]3、水下组合导航能够解决侧扫声纳和磁力仪等探测设备在水下定位精度较低和定位不准确的问题，通过组合导航定位算法计算AUV系统的姿态和位置信息，将SINS/DVL系统与高度计和深度计结合，采用滤波增益补偿算法，通过高度计和深度计的数据对惯性导
航系统定位结果进行矫正，克服了定位误差累积的问题。实时上传海缆巡检系统在水下的精确位置信息，提高了海缆探测巡检过程的安全性。
附图说明
[0026]图1为实施例中海缆巡检系统示意图；
[0027]图2为实施例中海缆巡检系统电源模块示意图；
[0028]图3为实施例中海缆巡检系统AUV动力模块示意图；
[0029]图4为实施例中海缆巡检系统海缆探测模块示意图；
[0030]图5为实施例中海缆巡检系统组合导航定位模块示意图；
[0031]图6为实施例中海缆巡检系统无线传输模块示意图；
[0032]图7为实施例中海缆探测方法流程图；
[0033]图8为为实施例中海缆巡检系统水下位置信息解算流程图。
具体实施方式
[0034]以下结合附图对本专利技术作进一步的解释说明；
[0035]如图1所示，一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一、首先通过磁力仪探测水下磁场的变化，根据磁场变化规律判断出海缆在水下的方向，驱动AUV向海缆方向靠近；步骤二、AUV向海缆方向靠近的同时，通过高度计判断AUV自身与海底的高度距离，当高度距离小于设定阈值时，打开侧扫声纳和水下摄像机，通过磁力仪、侧扫声呐和水下摄像机同时对周围环境进行探测；步骤三、设置AUV进入海缆巡检模式；当侧扫声呐和水下摄像机没有在周围环境中捕捉或探索到海缆图像时，判断海缆处于埋藏状态，AUV根据磁力仪感知的海缆方向，执行巡检任务，侧扫声呐和水下摄像机继续探测、捕捉海缆图像；当侧扫声呐和水下摄像机捕捉并识别出有效海缆图像时，判断海缆处于裸露状态，AUV根据磁力仪感知的海缆方向以及侧扫声呐得到海缆精确位置，执行巡检任务，同时水下摄像机将捕捉的海缆有效图像传输到AUV控制模块，对图像中的海缆进行安全检测；步骤四、在AUV进入海缆巡检模式时，使用组合导航定位确定自身位置坐标，并通过无线传输的方式将自身位置坐标发送到船载岸基；确定位置坐标的过程具体包括以下步骤：s4.1、通过姿态仪得到AUV的加速度、航向角、俯仰角、横滚角度，通过DVL获得三轴对流速度，通过高度计获得系统的离底高度，通过深度计获得系统的水下深度；s4.2、采用变分贝叶斯
‑
卡尔曼滤波对DVL获得的三轴对流速度进行滤波处理，估计测量噪声，输出滤波处理后准确的速度信息；s4.3、基于自适应卡尔曼滤波方法设计SINS/DVL组合滤波器，对姿态仪采集的数据以及s4.2滤波后的数据进行模型搭建，对系统的导航参数进行滤波处理；s4.4、通过高度计和深度计采集的数据对s4.3滤波后的结果进行矫正，然后解算组合导航的参数，输出自身位置坐标。2.一种基于多传感器的水下AUV海缆巡检系统，其特征在于：用于实现如权利要求1所述的巡检方法，该系统包括电源模块、AUV控制模块、AUV动力模块、海缆探测模块、组合导航定位模块以及无线传输模块；所述电源模块用于为系统中的其他模块提供稳定电压；所述AUV控制模块根据海缆探测模块、组合导航定位模块采集的信息，输出运动控制命令，保存水下海缆信息与自身位置信息，并通过无线传输模块传输位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬彪，魏永申，章雪挺，朱泽飞，董峻豪，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：