一种海底航行器智能定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种海底航行器智能定位系统及方法，涉及海底航行器智能定位技术领域，基站定位服务器发送定位请求信号激活水下航行器的水下收发机；水下收发机以广播形式同时向所有锚定浮子发送报文数据；锚定浮子以固定的间隔设置，将接收到的报文数据及用于表示自身位置的GPS数据无线传输到基站定位服务器；基站定位服务器根据各锚定浮子的发来的报文数据及GPS数据计算水下航行器的估算位置；基站定位服务器基于水下航行器当前状态计算水下航行器的实时速度。下航行器的实时速度。下航行器的实时速度。

【技术实现步骤摘要】
一种海底航行器智能定位系统及方法


[0001]本专利技术涉及海底航行器智能定位
，具体涉及一种海底航行器智能定位系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我国海洋资源开发力度的不断加大, 有计划有步骤地规划、探测、开发与管理海洋成为当前最紧迫的任务之一。精密水下定位技术也是水下工程建设、水下测绘的基础。
[0003]在大洋勘探过程中，如何在昏暗的深海中实现有缆遥控水下航行器准确定位，确保勘探作业安全运行，一直是研究的热点和前沿。水下立体定位是进行海洋资源开发利用必须解决的问题,目前在水下定位方面普遍采用GPS和水深测量进行定位、水下长基线定位、超短基线阵定位、多波束探测定位等技术，这些定位技术定位精度都在几十米，无法满足精密工程、导航的需要。基于差分GPS技术的水下立体定位导航系统可以将陆地的GPS功能扩展到水下, 实现水下精密定位导航。
[0004]水下声学定位技术是指利用水声设备确定水下载体或者水下设备的方位、距离的技术。其技术原理为利用时延定位或相位定位，两种方法都是利用待定目标节点和已知接收节点间的时延关系或者相位关系建立定位方程组，求解方程组获取源目标节点位置的估计值。基于序贯滤波的跟踪方法侧重于在移动节点运动过程中，对节点进行位置估计与跟踪。这类方法一般利用前一状态的估计量与当前状态的测量，输入到设计的滤波器中，得到当前状态的位置预测。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种海底航行器智能定位方法，包括如下步骤：S1、基站定位服务器发送定位请求信号激活水下航行器的水下收发机，水下收发机以广播形式同时向所有锚定浮子发送报文数据；S2、锚定浮子以固定的间隔设置，将接收到的报文数据及用于表示自身位置的GPS数据无线传输到基站定位服务器；S3、基站定位服务器根据各锚定浮子的发来的报文数据及GPS数据计算水下航行器的估算位置；S4、基站定位服务器基于水下航行器当前状态计算水下航行器的实时速度。
[0006]进一步地，步骤S3中，判断报文数据是否来自同一水下航行器的水下收发机：
ꢀꢀ
(1)；其中，t
i
，t
j
为报文数据分别到达锚定浮子B
i
和B
j
的时间, D
ij
为锚定浮子B
i
和B
j
之间的距离：D
ij
=(X
i
‑ꢀ
X
j )
2 + (Y
i ‑ꢀ
Y
j ) 2 + (Z
i
‑ꢀ
Z
j
)2；
(X
i
,Y
i
,Z
i
)和(X
j
,Y
j
,Z
j
)分别为锚定浮子B
i
和B
j
的坐标，V为水声信号平均传播速度，当(1)式成立则表示报文数据是来自同一水下航行器的水下收发机。
[0007]进一步地，步骤S4中，令 k 表示水下航行器的水下收发机的时间索引，t
k
是水下航行器的水下收发机记录的定位报文的时间周期，t
s 表示上一时间周期t
k
‑1中接收到报文数据后，水下航行器的水下收发机传感器的采样时刻，f是一个时间周期内的俯仰角和航向角的测量采样频率，是两个相邻时间周期中的最大采样数；t
s 时刻水下航行器测得的深度，俯仰角和航向角分别为，和，攻角方向与俯仰角的偏差值为，则水下航行器的运动速度的x、y方向分量V
kx
和V
ky
计算为：V
kx
=V
ky
=
[0008]进一步地， t
s
∈{,,
…
,}；其中，f是一个时间周期内的俯仰角和航向角的测量采样频率，是两个相邻时间周期中的最大采样数。
[0009]进一步地，当存在N个锚定浮子时，令第i个锚定浮子B
i
的坐标为(X
i
,Y
i
,Z
i
)，水下航行器的坐标位置为(X,Y,Z)，其中Z轴坐标表示深度，根据测距信息得到如下关系：(X
i
‑
X)2+(Y
i
‑
Y)2=d
i2
‑
(Z
i
‑
Z)2；其中，锚定浮子B
i
与水下航行器的斜距为d
i
。
[0010]本专利技术还提出了一种海底航行器智能定位系统，用于实现海底航行器智能定位方法，包括：基站定位服务器，设有水下收发机的水下航行器，多个锚定浮子和无线传输系统；所述基站定位服务器发送定位请求信号激活水下航行器的水下收发机；所述水下收发机以广播形式同时向所有锚定浮子发送报文数据；所述多个锚定浮子以固定的间隔设置，将接收到的报文数据及用于表示自身位置的GPS数据通过所述无线传输系统传输到所述基站定位服务器；基站定位服务器根据多个锚定浮子的发来的报文数据及GPS数据计算水下航行器的估算位置，基于水下航行器当前状态计算水下航行器的实时速度。
[0011]进一步地，所述基站定位服务器包括位置估算单元和状态预测单元，所述位置估算单元用于根据各锚定浮子的发来的报文数据及GPS数据计算水下航行器的估算位置，所述状态预测单元基于水下航行器当前状态计算水下航行器的实时速度。
[0012]进一步地，所述水下收发机包括深度传感器、声学发射模块和定位信号发生器；所述深度传感器用于进行深度测量，所述声学发射模块将接收到的报文数据及用于表示自身位置的GPS数据进行发送，水下收发机接收基站定位服务器发送的定位请求信号后启动所述定位信号发生器产生周期性报文数据。
[0013]相比于现有技术，本专利技术具有如下有益技术效果：基站定位服务器发送定位请求信号激活水下航行器的水下收发机；水下收发机以广播形式同时向所有锚定浮子发送报文数据；锚定浮子以固定的间隔设置，将接收到的报文数据及用于表示自身位置的GPS数据无线传输到基站定位服务器；基站定位服务器根据各锚定浮子的发来的报文数据及GPS数据计算水下航行器的估算位置；基站定位服务器基于水下航行器当前状态计算水下航行器的实时速度，实现了水下精密定位导航。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:图1为本专利技术的海底航行器智能定位方法的流程示意图;图2为本专利技术的三个锚定浮子与水下航行器的距离关系结构示意图;图3为本专利技术的水下航行器姿态变换示意图。
具体实施方式
[0015]为使本申请实施例的目的、技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底航行器智能定位方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、基站定位服务器发送定位请求信号激活水下航行器的水下收发机，水下收发机以广播形式同时向所有锚定浮子发送报文数据；S2、锚定浮子以固定的间隔设置，将接收到的报文数据及用于表示自身位置的GPS数据无线传输到基站定位服务器；S3、基站定位服务器根据各锚定浮子的发来的报文数据及GPS数据计算水下航行器的估算位置；S4、基站定位服务器基于水下航行器当前状态计算水下航行器的实时速度。2.根据权利要求1所述的海底航行器智能定位方法，其特征在于，步骤S3中，判断报文数据是否来自同一水下航行器的水下收发机：
ꢀꢀ
(1)；其中，t
i
，t
j
为报文数据分别到达锚定浮子B
i
和B
j
的时间, D
ij
为锚定浮子B
i
和B
j
之间的距离：D
ij
=(X
i
‑ꢀ
X
j )
2 + (Y
i ‑ꢀ
Y
j ) 2 + (Z
i
‑ꢀ
Z
j
)2；(X
i
,Y
i
,Z
i
)和(X
j
,Y
j
,Z
j
)分别为锚定浮子B
i
和B
j
的坐标，V为水声信号平均传播速度，当(1)式成立则表示报文数据是来自同一水下航行器的水下收发机。3.根据权利要求2所述的海底航行器智能定位方法，其特征在于，步骤S4中，令 k 表示水下航行器的水下收发机的时间索引，t
k
是水下航行器的水下收发机记录的定位报文的时间周期，t
s 表示上一时间周期t
k
‑1中接收到报文数据后，水下航行器的水下收发机传感器的采样时刻，f是一个时间周期内的俯仰角和航向角的测量采样频率，是两个相邻时间周期中的最大采样数；t
s 时刻水下航行器测得的深度，俯仰角和航向角分别为，和，攻角方向与俯仰角的偏差值为，则水下航行器的运动速度的x、y方向分量V
kx
和V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩野，钟齐，范朝伟，刘雷，魏大双，
申请(专利权)人：天津水动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：