[發明專利]水下導航與水質參數經緯度分布的感測與計算系統及方法

無效

• 申請號: 201210278144.4
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102809375A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 顧慧;徐立中;王鑫;王慧斌;沈潔
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01N33/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種水下導航與水質參數經緯度分布的感測與計算系統，其特征在于：主要由聲納導航模塊、計算機數據處理中心和傳感器數據測試模塊組成；所述聲納導航模塊包括搭載式慣性導航系統、濾波器信息融合系統和多個傳感器；所述計算機數據處理中心包括AUV內置計算機；所述傳感器數據測試模塊包括A/D轉換模塊；

所述聲納導航模塊通過傳感器獲取當前水下機器人的速度、方位、深度，并與搭載式慣性導航系統測量的速度、方位、深度結果比較取差值，將速度、方位、深度三者的差值信息送至濾波器信息融合系統；所述速度、方位、深度三者的差值信息經濾波器信息融合系統處理后反饋給搭載式慣性導航系統，從而修補搭載式慣性導航系統的速度、方位、深度信息；所述聲納導航模塊的搭載式慣性導航系統將經過修補疊加后的速度、方位、深度信息傳送到計算機數據處理中心的AUV內置計算機；所述傳感器數據測試模塊獲取設定經緯度的水質參數，并將所述水質參數通過A/D轉換模塊轉換之后發送給AUV內置計算機；所述AUV內置計算機經過數據分析，將經緯度和水質參數匹配，并將匹配結構顯示在Density?Map軟件上。

2.如權利要求1所述的水下導航與水質參數經緯度分布的感測與計算系統，其特征在于：所述傳感器包括多普勒計程儀、電子羅盤、側掃圖像聲納和深度傳感器；所述多普勒計程儀測量水下機器人的速度，電子羅盤測量水下機器人的方位，側掃圖像聲納利用sift特征提取方法獲取水下機器人方位和深度，深度傳感器獲取水下機器人當前深度。

3.如權利要求1所述的水下導航與水質參數經緯度分布的感測與計算系統，其特征在于：所述濾波器信息融合系統包括主濾波器和子濾波器；所述每個子濾波器對應一個傳感器，子濾波器采用卡爾曼濾波器結構，用于對傳感器采集到的數據進行濾波，并發送到主濾波器；所述主濾波器是用于信息融合與處理的中心濾波器，它接收前端的各個子濾波器傳送的數據信息：經緯度、方位、深度數據，以進一步修正和確定當前機器人的具體水下位置。

4.如權利要求1所述的水下導航與水質參數經緯度分布的感測與計算系統，其特征在于：所述水質參數包括水溫、濁度、藍綠藻、葉綠素a、溶解氧、PH、ORP。

5.一種水下導航與水質參數經緯度分布的感測與計算方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，通過聲納導航模塊和搭載式慣性導航系統對水下機器人當前速度、方位和深度進行追蹤測量，并將聲納導航模塊和搭載式慣性導航系統測量的水下機器人當前速度、方位和深度比較取差值，差值經濾波器信息融合處理后反饋給搭載式慣性導航系統，并對水下機器人的當前速度、方位和深度進行誤差糾正，獲取較為精確的位置；并輸出到AUV內置計算機；

步驟2，傳感器數據測試模塊將測量的水質參數經過A/D轉換模塊轉換成數字信號，供AUV內置計算機分析處理；

步驟3，AUV內置計算機將水下機器人航行的主要特征區域的經緯度和相應經緯度的水質參數信息，存取在數據庫中，將經緯度和參數一一匹配，再在DensityMap上根據不同的濃度用不同顏色標示出來。

6.如權利要求5所述的水下導航與水質參數經緯度分布的感測與計算方法，其特征在于：所述濾波器信息融合處理的方法為：將搭載式慣性導航系統作為公共參考系統；將電子羅盤、側掃圖像聲納和深度傳感器作為子系統；公共參考系統將測試的局部攻擊和協方差矩陣一部分給主濾波器，一部分給子濾波器；具體步驟為，

①確定子濾波器的初始狀態值：協方差矩陣p_o和過程噪聲Q、R；

②分別對各個子濾波器和一個主濾波器進行時間更新，各子濾波器和主濾波器的時間更新獨立進行；

③各子濾波器進行量測更新；

④信息融合，得到全局最優估計；即將各子濾波器的局部估計值的信息按下式進行融合，得到全局最優估計；

再次重復②~④步進入下一個時間周期。