一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法，以装载水下重力仪的水下无人潜器组成的无人集群实现水下多条测线重力信息同步测量，以水面船基准重力仪测量信息为基准，水下重力仪在释放前和回收后分别与基准重力仪比对，实现水下重力仪测量信息一致性处理。潜器释放后航行至测线起点，在水面船的带领下通过两级运动控制实现测线航行和阵型保持。利用超短基线定位和相对测距确定潜器的精确位置，进而确定精确速度，实现重力测量的精确补偿修正，获取测线重力异常信息，构建重力图。本发明专利技术可实现水下重力的高效测量和重力图快速构建，与传统船测重力测量方式相比，测量效率提升数倍。量效率提升数倍。量效率提升数倍。

【技术实现步骤摘要】
一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法


[0001]本专利技术属于水下重力场测绘领域，具体涉及一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法。

技术介绍

[0002]重力场是地球引力场和惯性离心力场的合成场，海洋重力场往往具有独特的空间分布特性，与当地地理位置密切相关，通过对重力信息的测定可以获取载体精确位置。海洋重力图是重力匹配定位导航的前提和基础，其精度直接影响匹配定位的精度。
[0003]目前船载重力测量仍是获取海洋高精度重力图的主要手段，但船载重力测量效率不高，一次执行一条测线，完成区域全部测线方可制作重力图，同时数据质量受恶劣天气、海况等影响。船载重力场测量构建水面重力图，应用于水下平台匹配定位时，需要将水面重力图向下延拓至平台所在深度，重力图向下延拓会引入误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法，能实现待测绘区域水下指定深度的重力图快速构建。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案为：一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：本方法基于集群协同的高效水下重力场信息测量系统实现，系统由数个无人潜器构成的水下无人潜器集群和水面船组成，水下无人潜器集群简称无人集群，每个潜器配备水下重力仪、惯导、多普勒计程仪、深度计、超短基线信标、水声测距设备，水面船配备高精度基准重力仪、超短基线基阵和卫导设备；
[0007]步骤2：水面船携带无人集群到达待测量海域，无人集群包含n个潜器Q
i
，i＝1,2,
…
,n，n个潜器的n套水下重力仪测量值为G
i
′
(t),i＝1,2,...,n，同步采集t1时刻前后一段时间的n套水下重力仪和基准重力仪测量值并求取均值，n套水下重力仪均值为g
i
,i＝1,2,...,n，基准重力仪均值为g
c
，测量n套水下重力仪传感器中心到基准重力仪传感器中心的高度差h
i
,i＝1,2,...,n；
[0008]步骤3：在待测区域设计n条平行测线，建立测线坐标系xoy，y轴沿测线方向，x轴在测线平面且沿测线垂向指右侧，无人集群分为1个中心子群和2个扩展子群，先后完成扩展子群、中心子群、扩展子群的释放，形成初始阵型；
[0009]步骤4：水面船带领无人集群沿各自测线开始定速定向定深航行，期间利用n个潜器的精确位置信息P
i
(t),i＝1,2,...,n，采用潜器测线航行闭环控制回路和集群阵型闭环控制回路两级嵌套运动控制回路实现无人集群测线航行和集群阵型保持，直至完成测线航行；
[0010]步骤5：利用潜器Q
i
，i＝1,2,...,n的精确位置P
i
(t)获取潜器测线航行的平均速度v1
i
；根据潜器惯导/多普勒组合导航输出速度v
′
i
(t)，获取潜器测线航行的平均速度v2
i
，计
算潜器Q
i
测线航行期间精确速度v
i
(t)＝v
′
i
(t)
‑
v2
i
+v1
i
；
[0011]步骤6：无人集群所有潜器回收至水面船后，同步采集t2时刻前后一段时间的n套水下重力仪和基准重力仪测量数据求取均值，n套水下重力仪均值为g
i
′
,i＝1,2,...,n，基准重力仪均值为g
′
c
，测量n套水下重力仪传感器中心到基准重力仪传感器中心的高度差h
′
i
,i＝1,2,...,n；
[0012]步骤7：计算测线重力异常测量值G
ni
(P
i
),i＝1,2,...,n，完成区域重力异常图构建；
[0013]通过步骤1
‑
步骤7，基于集群协同的高效水下重力场信息测量系统一次性完成多条水下测线重力异常同步测量，支撑直接构建水下重力异常图。
[0014]步骤3中所述的先后完成扩展子群、中心子群、扩展子群的释放，形成初始阵型方法如下：
[0015]1)水面船分3次完成1个中心子群和2个扩展子群的就近释放，潜器在惯导/超短基线组合定位经度、纬度信息和深度计深度信息引导下到达指定深度对应测线起点位置悬停；
[0016]2)n个潜器形成沿y轴前后2排的集群阵型，前排潜器和后排左右相邻2个潜器构成等边三角形；
[0017]3)水面船释放所有潜器后返回中间测线起点处，中心子群所有潜器均处于水面船超短基线基阵定位距离范围内，2个扩展子群分别位于中心子群两侧。
[0018]步骤4所述的测线航行具体步骤如下：
[0019]1)根据中心子群潜器超短基线定位和无人集群潜器相对测距信息确定无人集群全部潜器的精确位置P
i
(t),i＝1,2,...,n，在测线起点处潜器惯导基于此位置信息进行校准；
[0020]2)水面船和无人集群各潜器沿各自测线同步开始定速定向定深航行，水下船由卫导引导航行，n个潜器均在惯导/多普勒/深度计组合导航信息引导下按定速、定向、定深指令通过操控系统进行定速、定向、定深航行，形成每个潜器测线航行闭环控制回路；
[0021]3)n个潜器定速、定向、定深航行过程中，基于潜器超短基线定位和相对测距定位信息，通过无人集群协同定位获取所有潜器的精确位置信息，进而获得无人集群阵型，与目标阵型比对，出现偏差则由阵型控制系统调整n个潜器的定速、定向、定深指令，实现阵型保持，这是集群阵型闭环控制回路，通过上述两级控制实现测线航行和无人集群阵型保持。步骤7所述的完成区域重力异常图构建具体步骤如下：
[0022]1)水面船返航后，根据基准重力仪出航前和返航后重力基点比对数据计算基准重力仪在t1、t2时刻的的偏移改正项
△
g
c
、
△
g
′
c
；
[0023]2)计算n套水下重力仪t1时刻测量修正值G
t1i
＝g
c
+
△
g
c
‑
g
i
‑
kh
i
，t2时刻测量修正值G
t2i
＝g
C
′
+
△
g
C
′‑
g
I
′
‑
kh
i
′
；
[0024]3)计算n套水下重力仪测线航行期间测量修正值3)计算n套水下重力仪测线航行期间测量修正值
[0025]4)利用潜器Q
i
，i＝1,2,...,n测线航行期间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：本方法基于集群协同的高效水下重力场信息测量系统实现，系统由数个无人潜器构成的水下无人潜器集群和水面船组成，水下无人潜器集群简称无人集群，每个潜器配备水下重力仪、惯导、多普勒计程仪、深度计、超短基线信标、水声测距设备，水面船配备高精度基准重力仪、超短基线基阵和卫导设备；步骤2：水面船携带无人集群到达待测量海域，无人集群包含n个潜器Q
i
，i＝1,2,
…
,n，n个潜器的n套水下重力仪测量值为G
′
i
(t),i＝1,2,...,n，同步采集t1时刻前后一段时间的n套水下重力仪和基准重力仪测量值并求取均值，n套水下重力仪均值为g
i
,i＝1,2,...,n，基准重力仪均值为g
c
，测量n套水下重力仪传感器中心到基准重力仪传感器中心的高度差h
i
,i＝1,2,...,n；步骤3：在待测区域设计n条平行测线，建立测线坐标系xoy，y轴沿测线方向，x轴在测线平面且沿测线垂向指右侧，无人集群分为1个中心子群和2个扩展子群，先后完成扩展子群、中心子群、扩展子群的释放，形成初始阵型；步骤4：水面船带领无人集群沿各自测线开始定速定向定深航行，期间利用n个潜器的精确位置信息P
i
(t),i＝1,2,...,n，采用潜器测线航行闭环控制回路和集群阵型闭环控制回路两级嵌套运动控制回路实现无人集群测线航行和集群阵型保持，直至完成测线航行；步骤5：利用潜器Q
i
，i＝1,2,...,n的精确位置P
i
(t)获取潜器测线航行的平均速度v1
i
；根据潜器惯导/多普勒组合导航输出速度v
′
i
(t)，获取潜器测线航行的平均速度v2
i
，计算潜器Q
i
测线航行期间精确速度v
i
(t)＝v
′
i
(t)
‑
v2
i
+v1
i
；步骤6：无人集群所有潜器回收至水面船后，同步采集t2时刻前后一段时间的n套水下重力仪和基准重力仪测量数据求取均值，n套水下重力仪均值为g
′
i
,i＝1,2,...,n，基准重力仪均值为g
′
c
，测量n套水下重力仪传感器中心到基准重力仪传感器中心的高度差h
′
i
,i＝1,2,...,n；步骤7：计算测线重力异常测量值G
ni
(P
i
),i＝1,2,...,n，完成区域重力异常图构建；通过步骤1
‑
步骤7，基于集群协同的高效水下重力场信息测量系统一次性完成多条水下测线重力异常同步测量，支撑直接构建水下重力异常图。2.根据权利要求1所述的一种基于集群协同的高效水下重力场信息测量方法，其特征在于：步骤3中所述的先后完成扩展子群、中心子群、扩展子群的释放，形成初始阵型方法如下：1)水面船分3次完成1个中心子群和2个扩展...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓平，孟兆海，陈仕奇，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：