[發(fā)明專利]一種近水面航行器潛深及垂蕩測量裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210437072.3
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN102901478A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔喜;張晉斌;李小兵;易谷豐;邵興
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所
• 主分類號(hào): G01B21/18
• 分類號(hào): G01B21/18;G01B17/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;付雷杰

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種近水面航行器潛深及垂蕩測量裝置和方法。

背景技術(shù)

近水面深度測量和波浪干擾處理技術(shù)成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，采用壓力傳感器測量航行器的潛深在深水域有著良好的效果，一旦在較淺的水域（近水面），壓力傳感器進(jìn)入到死區(qū)狀態(tài)，很容易造成測量數(shù)據(jù)的失真，同時(shí)近水面高海況下波浪的影響，導(dǎo)致了測量數(shù)據(jù)的有著較大幅度的變化，為后面的控制系統(tǒng)處理帶來了麻煩，一般的深度測量方法是在原始深度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，其算法只適合于規(guī)則波的處理。

除了通過壓力傳感器進(jìn)行深度測量之外，工程上還可以采用聲學(xué)測量方式，相對于壓力傳感器來說，速度變化引起航行器耐波性的變化會(huì)對壓力傳感器產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)壓干擾，而超聲波測潛儀能夠適應(yīng)航行器速度的變化，但是聲學(xué)方式測量在靜水域有著良好的效果，而遇到海浪干擾時(shí)，海洋近水面會(huì)產(chǎn)生較多的氣泡，會(huì)對聲學(xué)設(shè)備造成很大的干擾，引起測量數(shù)據(jù)的失真。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種近水面航行器潛深及垂蕩測量裝置和方法，該裝置結(jié)合液位傳感器和超聲波測潛儀的優(yōu)勢，以液位傳感器為主，超聲波測潛儀為輔，對海浪進(jìn)行預(yù)估計(jì)和處理，同時(shí)結(jié)合近水面航行器的姿態(tài)傳感器對兩者數(shù)據(jù)進(jìn)一步修正和補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)近水面航行器潛深和垂蕩的測量。

本發(fā)明的近水面航行器潛深和垂蕩測量方法采用液位傳感器、姿態(tài)傳感器及超聲波測潛儀相結(jié)合的方式對近水面航行器潛深和垂蕩進(jìn)行測量；所述兩個(gè)液位傳感器分別布置在近水面航行器的首部和尾部；所述超聲波測潛儀布置在近水面航行器的中間位置；所述姿態(tài)傳感器布置在近水面航行器的浮心位置。

具體測量步驟為：

步驟一：姿態(tài)傳感器、兩個(gè)液位傳感器以及超聲波測潛儀接收到數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)采集指令后，將測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；且姿態(tài)傳感器和兩個(gè)液位傳感器的輸出頻率相同，均大于超聲波測潛儀的輸出頻率；

步驟二：數(shù)據(jù)處理單元每接收一次超聲波測潛儀的測量數(shù)據(jù)后，對前后兩時(shí)刻間已接收到的其它四組數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；分別得到近水面航行器首部潛深的有效數(shù)據(jù)H1，近水面航行器尾部潛深的有效數(shù)據(jù)H2，近水面航行器俯仰角α和近水面航行器的垂向速度v；

步驟三：數(shù)據(jù)處理單元通過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)對外界海洋環(huán)境進(jìn)行判斷

301：數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算近水面航行器首尾兩端潛深的實(shí)際偏差ΔH=H1-H2；

302：數(shù)據(jù)處理單元將計(jì)算得到的實(shí)際偏差ΔH與海面沒有波浪時(shí)近水面航行器首尾兩端潛深的理想偏差進(jìn)行PH對比，所述PH=L×sinα，其中L為近水面航行器的長度；

若（ΔH-PH）/PH大于1/3，則初步認(rèn)為有海浪，進(jìn)入步驟304；否則，初步認(rèn)為沒有海浪，直接進(jìn)入步驟402；

304：通過超聲波測潛儀進(jìn)一步確認(rèn)是否有海浪：

數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)采集到的當(dāng)前時(shí)刻超聲波測潛儀的輸出確認(rèn)是否有海浪：若超聲波測潛儀的當(dāng)前輸出失真，則證明航行器正遭遇波浪，進(jìn)入步驟四；若超聲波測潛儀輸出有效數(shù)據(jù)H3，則證明沒有波浪，直接進(jìn)入步驟402。

步驟四：數(shù)據(jù)融合處理

401：通過預(yù)處理后的垂向速度v來判斷近水面航行器在波浪中的位置：

若垂向速度v的絕對值小于設(shè)定值，則近水面航行器的真實(shí)潛深H為：

H=H1+H22-ΔH3]]>

其中ΔH3為前后兩時(shí)刻超聲波測潛儀的變化量；

若垂向速度v的絕對值大于等于設(shè)定值，則近水面航行器的真實(shí)潛深為H為：