根据相关传感器数据估计水下航行器的位置和方向制造技术

本发明专利技术披露了一种可用于组合两个来源的位置和方向（姿态）信息的方法和系统，其中来自一个来源的信息与来自另一个来源的信息相关联，并且所述来源以不同率产生信息。例如，所述方法和系统通过组合由3D成像声纳计算的姿态信息和来自航行器导航系统的姿态信息能够估计水下航行器相对于水下结构的位置和方向(姿态)。为了组合来自两个来源的信息，确定是否生成一个来源相对于另一个来源的姿态估计的正向预测，并且如果需要生成所述正向预测。根据融合的姿态估计确定水下航行器的更新的姿态，并且用于航行器引导和控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及估计(判断)水下航行器的位置和方向，具有非常高的精确度。所述估计(判断)通过将根据所采集的传感器数据的航行器位置和方向的非常高精确度的估计与由航行器的导航系统提供的位置和方向数据进行组合而获得。所组合的数据还被处理以便向航行器的航行器导航系统提供更新的定位，随后更新航行器的位置和方向的其估计。
技术介绍
需要有估计水下环境中航行器的位置和方向的能力。通常，存在有许多水下结构和其它设备，在所述水下结构和其它设备周围可能需要非常高精确度的导航。目前估计水下航行器的位置和方向的方法包括使用不提供所要求的非常高的精确度测量结果的一个或更多个传感器。
技术实现思路
本专利技术披露了一种可用于高精度扫描水下结构的方法和系统，以便对水下结构有更好的了解，例如，用于估计水下航行器相对于水下结构的位置和方向。所述位置和方向的估计经常被称作“姿态”。所述能力可用于例如引导水下结构的检查、维修和操纵。本文所述的方法和系统可用于扫描任何类型的水下结构。例如，水下结构包括人造物体，例如海洋石油平台支撑结构和支柱和油井类设备，以及自然物体例如水下山脉。水下结构还可以包括固定和非固定的结构，以及全部或者部分在水下的结构，例如在水下环境中可能经受漂移的结构。一般地说，水下结构表示为任何具有深度变化的任意三维结构并且具有不同的复杂性。当在本文中使用时，术语水下包括任何类型的水下环境，其中可能探明有水下结构并且可能需要利用本文所述的系统扫描所述水下结构，包括但不限于咸水地点例如海和洋以及淡水地点。一般，本文所述的方法和系统采用来自两个来源对位置和方向(姿态)的估计。所述估计被组合成融合的估计，用于更新水下航行器相对于水下结构的位置和方向。在一个实施例中，一种估计水下航行器的位置和方向的方法包括从一个来源接收位置和方向数据，并从另一个来源接收姿态数据。来自一个来源的数据与来自另一个来源的数据被组合，其中所述组合产生融合的姿态估计。确定是否生成从所述一个来源或另一来源接收到的数据的正向预测，并且如果需要则生成正向预测。根据融合的姿态估计确定水下航行器的更新的姿态。在一个实施例中，一个来源是水下航行器的航行器导航系统，被设置成提供所述水下航行器的姿态的估计。在一个实施例中，另一来源是基于声纳的传感器，被设置成提供水下结构的三维图像。在一些实施例中，从所述基于声纳的传感器得到的姿态的估计可能由航行器导航系统辅助，并因而会与从航行器导航系统得到的估计相关联。所述这些估计的融合会说明这些相关性以便提供姿态的当前融合的估计，例如说明两个估计的相对频率。在另一个实施例中，希望具有的系统能够在水下航行器上进行估计。水下航行器是例如但不限于自主式水下航行器(AUV)和远程操纵水下航行器(ROV)中的一种。当在本文中使用时，ROV是通过线缆拴系至主机(主航行器)例如水面船只的远程操纵水下航行器。ROV是无人的并由在主机(主航行器)上的操纵员操作。系缆可在主机和ROV之间来回传送例如电力(取代或补充自含式系统上的电池电源)、视频和数据信号。当在本文中使用时，AUV是无人驾驶(操纵)的并且不被栓系至主航行器(vessel)的自主式水下航行器。在一个实施例中，所述估计水下航行器的姿态的系统包括在水下航行器上的传感器。所述传感器被设置成引导声波声纳波朝向水下结构，其中所反射的声波声纳波被处理以便提供水下结构的三维图像并提供姿态的基于图像传感器的姿态估计。航行器导航系统在水下航行器上。航行器导航系统被设置成提供水下航行器的姿态的估计。通过处理声纳传感器声波而提供的基于成像传感器的姿态估计与通过由航行器导航系统提供的辅助由航行器导航系统提供的估计相关联。数据存储器在水下航行器上，被设置成接收基于成像传感器的姿态估计。数据处理器在水下航行器上。所述数据处理器被设置成接收来自所述经处理的声纳传感器声波的基于成像传感器的姿态估计和来自所述航行器导航系统的姿态估计。所述处理器被设置成将由传感器提供的估计和由航行器导航系统提供的估计进行组合，所述组合产生融合的姿态估计。所述处理器还被设置成确定是否生成基于图像传感器的姿态估计的正向预测，并且被设置成如果需要生成所述正向预测。所述处理器被设置成根据融合的姿态估计确定水下航行器的更新的姿态估计。所述处理器还被设置成向航行器导航系统提供融合的定位并确定何时提供该定位作为对航行器导航系统的重置。附图说明图1示出用于估计水下航行器的姿态的方法的一个实施例的流程图。图2示出用于处理与航行器导航系统数据相关联的传感器数据和处理来自航行器导航系统的姿态数据的一个实施例的流程图。图3示出了用于估计水下航行器的姿态的系统的示意图。图4示出了正向传播从基于特征的传感器例如图像传感器获得的姿态的一个示例。具体实施例方式 估计水下航行器的姿态的方法图1示出了用于估计水下航行器的姿态的方法10的一个实施例的流程图。一般，所述方法通过利用水下航行器的导航能力连同基于特征的传感器例如图像传感器(例如声纳成像传感器)和更新水下航行器的估计的姿态的处理器进行实施。在许多情况，估计可以例如通过利用合适的商用现货供应的嵌入式硬件和软件在水下航行器上实时进行。方法10包括在步骤12从水下航行器导航系统(例如辅助或独立的航行器导航系统)接收姿态数据。在步骤14，从传感器接收估计的姿态数据，其与来自水下航行器导航系统的估计的姿态数据相关联。在一个实施例中，在步骤14从传感器接收到的数据包括引导声波声纳波朝向水下结构。在引导声波声纳波后，从水下结构接收反射的声波声纳响应。在一个实施例中，例如在三维(3D)成像声纳中，声波声纳波被处理以产生三维图像。3D成像声纳可以是任何3D声纳，由单个输出的声波声纳波或声纳脉冲形成3D图像。合适的3D声纳的一个示例是从CodaOctopus Products可购得的CodaOctopus Echoscope。应当理解，3D声纳可被调整并被设置成指向水下结构，以便它可向水下结构发送声纳脉冲并可被定向成相对于纵向(垂直方向)成不同的希望的角度和不同的视角并距离水下结构有(不同的希望的)距离。应当理解，航行器导航系统是已知的，并用于确定水下航行器的位置、方向和速率(例如，运动的方向和速度)。在一些示例中，航行器导航系统是惯性导航系统(INS)。航行器导航系统可包括多普勒速度计程仪(DVL)单元，所述多普勒速度计程仪(DVL)单元面向下用于确定速率，但应当理解，航行器导航系统可以是可确定位置、方向和速率(例如，运动的方向和速度)的任何系统。合适的航行器导航系统的一个示例是可从KearfottCorporation购得的SeaDeVil,可包括例如Teledyne RDIDVL (多普勒速度计程仪)。航行器导航系统产生航行器导航系统姿态估计，而3D声纳传感器产生基于成像传感器的姿态估计。一般，所述方法包括将来自航行器导航系统和3D声纳传感器的估计组合以提供来自两个来源的融合的姿态估计，见步骤16。在适当和/或需要时，融合的估计用于在由基于传感器的姿态估计和航行器导航系统的位置估计之间的相关时间所确定的某时间段定期校正航行器导航系统中的偏移。所述定位可从融合过程高速获得，并被应用于航行器导航系统，例如在由融合的估计的自相关所确定的低速下重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·C·坦吉那拉，W·K·费尔德曼，C·H·德布伦纳，
申请(专利权)人：洛克希德马丁公司，
类型：
国别省市：