小型水下航行器組合導航裝置及位置校正方法

2023-11-06 09:08:57

專利名稱：小型水下航行器組合導航裝置及位置校正方法
技術領域：
本發明設計一種水下航行器組合導航系統裝置及位置校正方法，特別適用於以水 下資源勘探、海底測量、海底搶險等目的的水下航行器。
背景技術：
小型水下航行器在軍事和民用海洋開發方面具有廣闊的應用前景，小型水下航行 器可以完成海洋資源勘探、海底測量、海底打撈、搶險等工作，因此必須具有遠距離、長時 間、高精度的導航能力。受到航行器自身體積、重量、能源使用條件的限制及水介質的特殊 性、軍事隱蔽性等因素的影響，實現水下航行器的精確導航是一項艱難的任務。對於水下航行器導航通常可以使用慣性導航系統、聲納導航系統、衛星導航系統 以及都卜勒導航系統。通常可以採用衛星定位系統和水聲定位系統和水聲導航定位系統的 船級基集成實現全球坐標系統下的水下組合導航，該方案成為鬆散耦合方式。即通過水麵 船隻連結衛星定位系統和水下聲學系統，衛星定位系統測量船隻的全球空間位置，水下聲 線定位系統測量水下目標與船隻的相對坐標，通過坐標變換，求解水下目標在全球範圍內 的空間坐標。所有的衛星定位系統與水下聲線系統組合系統都屬於鬆散耦合系統。與之相 對應的就是將衛星導航定位系統直接作為水聲定位系統的一部分進行設計，完全集成到水 聲定位系統內部。衛星定位系統不僅需要提供空間位置，還需要提供其他相關的信息，一旦 衛星定位系統不能工作，水聲定位系統也不能夠獨立工作，這種模式稱為緊耦合集成。水下 衛星系統和衛星智能浮標系統都是緊耦合集成系統。

發明內容
本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種小型水下航行器組合導航裝置 及位置校正方法。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案本發明小型水下航行器組合導航裝置，由光纖羅經、都卜勒速度儀、水下衛星信號 收發器、多串口卡和導航計算機組成，其中光纖羅經通過多串口卡為導航計算機提供橫搖 角、縱搖角和航向角信息，都卜勒速度儀通過多串口卡為導航計算機提供水下航行器相對 海底的速度信息，當導航一段時候後，導航計算誤差較大，水下航行器在無需浮出水面接收 衛星定位信號的情況下，通過水下衛星信號收發器直接在水下接收衛星定位信號。所述水下衛星信號收發器安裝在水下航行器上，水下衛星信號收發器與已知位置 的聲納定位基準站通過水下聲通信鏈路連接。小型水下航行器組合導航裝置的位置校正方法，包括以下步驟1)事先在預定海域布置已知位置信息的聲納定位基準站，所述位置信息包括經 度、緯度和高度信息；2)水下航行器上的水下衛星信號收發器向聲納定位基準站系統發射水聲定位信 號，形成水下聲通信鏈路；
3)水下航行器船基數據控制中心將各聲納位置基準系統的聲納信號進行計算得 到水下航行器的位置。所述聲納定位基準站位於海底、海面或者海水中央。本發明裝置體積小、重量輕、精度穩定性高，可以用於以海底資源勘探、海底測量、 海底搶險為目的的水下航行器。


圖1為水下航行器導航部分構成圖。圖中標號光纖羅經1、都卜勒速度儀2、水下衛星信號收發器3、多串口卡4、導航 計算機5。圖2為本發明硬體系統總體構成圖。圖中標號衛星星座6、差分衛星基準站7、衛星浮標系統8、水下導航收發機9、船 基數據控制中心10、海面無線電通信鏈路11、水下聲通信鏈路12。
具體實施例方式如圖1所示，本發明小型水下自主組合導航裝置，由光纖羅經1、都卜勒速度儀2、 衛星信號收發器3、多串口卡4和導航計算機PC1045組成，其中光纖羅經1通過多串口卡 4為導航計算機5提供橫搖角、縱搖角和航向角信息，都卜勒速度儀2通過多串口卡4為導 航計算機5提供水下航行器相對海底的速度信息，當導航一段時候後，導航計算誤差累計 較大，水下航行器在無需浮出水面接收衛星定位信號的情況下，通過水下衛星信號收發器3 直接在水下接收衛星定位信號，節省了航行器浮出水面和下潛時間，從而節約了能源，提高 了水下航行器的可用性。如圖2所示，所述水下衛星信號收發器3安裝在水下航行器7上，水下衛星信號收 發器3與已知位置的聲納定位基準站6通過水下聲通信鏈路8連接。所述的小型水下航行器組合導航裝置的位置校正方法，包括以下步驟1)事先在預定海域布置已知位置信息的聲納定位基準站6，所述位置信息包括經 度、緯度和高度信息；2)水下航行器7上的水下衛星信號收發器3向聲納定位基準站系統6發射水聲定 位信號，形成水下聲通信鏈路8 ；3)水下航行器船基數據控制中心將各聲納位置基準系統6的聲納信號進行計算 得到水下航行器的位置。所述聲納定位基準站6位於海底、海面或者海水中央。本發明具體實施時，分別將光纖羅經、都卜勒速度儀、水下衛星信號收發器、通過 多串口卡連接，多串口卡再以PC104總線的方式與導航計算機連接，形成水下組合導航裝 置。水下航行器下潛階段通過光纖羅經和都卜勒速度儀提供的速度信息和姿態角航向信息 進行導航，得到水下航行器的位置信息，在導航一段時間後，累計誤差較大時，利用水下衛 星信號接收器接收衛星提供的位置信息進行重調校正。
權利要求
一種小型水下航行器組合導航裝置，其特徵在於由光纖羅經(1)、都卜勒速度儀(2)、水下衛星信號收發器(3)、多串口卡(4)和導航計算機(5)組成，其中光纖羅經(1)通過多串口卡(4)為導航計算機(5)提供橫搖角、縱搖角和航向角信息，都卜勒速度儀(2)通過多串口卡(4)為導航計算機(5)提供水下航行器相對海底的速度信息，當導航一段時候後，導航計算誤差較大，水下航行器在無需浮出水面接收衛星定位信號的情況下，通過水下衛星信號收發器(3)直接在水下接收衛星定位信號。
2.根據權利要求1中所述的小型水下航行器組合導航裝置，其特徵在於所述水下衛星 信號收發器(3)安裝在水下航行器(7)上，水下衛星信號收發器(3)與已知位置的聲納定 位基準站(6)通過水下聲通信鏈路(8)連接。
3.—種如權利要求1所述的小型水下航行器組合導航裝置的位置校正方法，其特徵在 於，包括以下步驟1)事先在預定海域布置已知位置信息的聲納定位基準站(6)，所述位置信息包括經 度、緯度和高度信息；2)水下航行器(7)上的水下衛星信號收發器(3)向聲納定位基準站系統(6)發射水聲 定位信號，形成水下聲通信鏈路(8)；3)水下航行器船基數據控制中心將各聲納位置基準系統(6)的聲納信號進行計算得 到水下航行器的位置。
4.根據權利要求3所述的小型水下航行器組合導航裝置的位置校正方法，其特徵在 於，所述聲納定位基準站(6)位於海底、海面或者海水中央。
全文摘要
本發明公布了一種小型水下航行器組合導航裝置及位置校正方法，所述裝置由光纖羅經、都卜勒速度儀、水下衛星信號收發器、多串口卡和導航計算機組成。所述方法包括如下步驟1)事先在預定海域布置已知位置信息的聲納定位基準站；2)水下航行器上的水下衛星信號收發器向聲納定位基準站系統發射水聲定位信號，形成水下聲通信鏈路；3)水下航行器船基數據控制中心將各聲納位置基準系統的聲納信號進行計算得到水下航行器的位置。本發明裝置體積小、重量輕、精度穩定性高，可以用於以海底資源勘探、海底測量、海底搶險為目的的水下航行器。
文檔編號G01C21/12GK101907462SQ20101021132
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者張自嘉, 徐曉蘇, 楊常松, 王其 申請人:南京信息工程大學