[實用新型]一種實現水下拖體定位的組合導航裝置

有效

• 申請號: 201320574493.0
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN203519836U
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 余白石;張修志;張吟
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一〇研究所
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47;G01S15/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李之壯;仇蕾安

技術領域

本實用新型屬于導航定位技術領域，涉及一種組合導航裝置，特別涉及一種實現水下拖體定位的組合導航裝置。

背景技術

在反水雷以及各種海洋勘探活動中，通常會利用聲納進行水下目標探測定位，而對搭載聲納的平臺（如水下拖體、自主航行器等）進行精準地定位是最終對目標探測定位的關鍵。

超短基線水聲定位（USBL）是比較常用的水下拖體定位方法，其原理是通過多個基元陣接收同一個反射聲波的信號，解算出目標的相對位置。單純的超短基線水聲定位方法易受到海洋環境噪聲的干擾，單次定位誤差較大（以4基元陣超短基線定位系統為例，100m斜距定位絕對誤差約為3m）。

慣性導航（INS）是一種常用的高精度導航技術，在導彈、飛行器、船舶等領域都有廣泛的應用，其原理是測量當前航行體的加速度、速度、角速度信息，計算該航行體的實時位置。慣性導航在定位之初需要一個基準坐標值，且在長時間工作后會出現“時漂”現象，為解決上述問題，一般的陸上設備需要使用GPS系統與慣性導航組合，從而形成GPS慣導組合導航系統。

由于水下拖體工作在水下，無法裝載GPS系統，因此要獲得高精度的水下拖體定位精度，必須依靠超短基線水聲定位與慣性導航的相互配合。

實用新型內容

針對上述問題，本實用新型設計了一種實現水下拖體定位的組合導航裝置及定位方法，它可以將超短基線水聲定位方技術與慣性導航技術相融合，從而對水下拖體進行定位。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是設計一種實現水下拖體定位的組合導航裝置，包括超短基線水聲定位裝置、慣性導航儀、水上綜合處理機；其中所述超短基線水聲定位裝置包括GPS裝置、聲信標、超短基線基元陣；該導航裝置用于母船、水下拖體，在母船上設有一個垂直方向的支架，

所述聲信標安裝在母船支架的底端上，所述GPS裝置安裝在母船支架的頂端上，所述慣性導航儀、超短基線基元陣安裝在所述水下拖體上，所述慣性導航儀與超短基線基元陣相連，所述慣性導航儀、超短基線基元陣和GPS裝置均與所述水上綜合處理機相連；

所述GPS裝置向水上綜合處理機發送聲信標的GPS位置，同時超短基線基元陣向聲信標發送聲信號，聲信標收到聲信號后應答，超短基線基元陣接收聲信標的聲信號。

在慣性導航儀上還設有濾波器。可以將單次定位誤差較大的位置點過濾，保持定位的穩定性。

該裝置的定位方法在于：

步驟一、所述超短基線基元陣接收所述聲信標的聲信號時向所述慣性導航儀發送同步脈沖信號，發送同步脈沖信號的時間設為t1，所述慣性導航儀接收所述超短基線基元陣的同步脈沖信號并記憶t1；

步驟二、所述超短基線基元陣得出所述聲信標與所述超短基線基元陣的相對位置，并向所述水上綜合處理機發送所述聲信標與所述超短基線基元陣的相對位置和t1；

步驟三、所述水上綜合處理機根據得到的所述聲信標與所述超短基線基元陣的相對位置以及GPS裝置傳送的所述聲信標的GPS位置，得出所述超短基線基元陣的GPS位置a，得出所述超短基線基元陣的GPS位置a的時間設為t2，并將所述超短基線基元陣的GPS位置a和t2發送至所述慣性導航儀；

步驟四、所述慣性導航儀收到所述超短基線基元陣的GPS位置a和t2后，判斷t1和t2的差值，

當差值的絕對值小于或等于0.5s時，所述慣性導航儀進行組合導航處理，得到所述超短基線基元陣的GPS位置b，并將所述超短基線基元陣的GPS位置b傳送至所述水上綜合處理機進行顯示；

當差值的絕對值大于0.5s時，結束工作；

上述得到的所述超短基線基元陣的GPS位置b即為水下拖體的最終位置。

本實用新型的優點和有益效果在于：

一、不受海洋環境噪聲的影響，即使單次水聲定位效果很差，慣性導航儀會用濾波器將其過濾，保持定位的穩定性；

二、每幀都向慣性導航發送水聲定位數據，解決了單純用慣性導航儀帶來的“時漂”問題；

三、將超短基線水聲定位技術與慣性導航技術相融合，解決了無法對水下拖體進行組合導航的問題。

附圖說明

圖1是本實用新型組成示意圖；

圖2是本實用新型數據處理流程圖；

圖3是本實用新型中組合導航處理原理圖。

其中，1-母船；2-水下拖體；3-母船支架；4-GPS裝置；5-聲信標；6-水上綜合處理機；7-絞車；8-超短基線基元陣；9-慣性導航儀。

具體實施方式