[發明專利]用于水柱輔助導航的系統和方法

有效

• 申請號: 201380068275.2
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN104870940A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: B·S·斯特朗
• 申請（專利權）人: 德立文亞迪儀器公司
• 主分類號: G01C21/12
• 分類號: G01C21/12
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張春媛;閻娬斌

相關申請的交叉引用

本申請根據美國法典第35條第119款第e項，主張享有2012年10月29日提交的美國臨時申請No.61/719,916的權益，通過引用的方式將其公開作為整體合并到本文中。

技術領域

所公開的技術涉及水下水聲測量系統，更具體地，涉及用于輔助航行器(例如，水下航行器(UV)或者不能使用GPS的航行器)導航的聲學多普勒流速剖面儀。

背景技術

一類重要類別的科學儀器涉及精密水下聲學。利用發送聲脈沖并接收回波的先進換能器，可以測量水柱的各個單元中的水流速度。這種類型的測量在工業中稱為流速分布。如美國專利No.6,052,334所描述的，利用多普勒聲納測量流體介質中的流速是行之有效的。美國專利公開No.2012/0302908公開了涉及聲學多普勒流速剖面儀(ADCP)的一些附加特征，通過引用的方式將其全部公開合并到本文中。傳統的ADCP能夠使用以公知的Janus配置進行布置的聲學換能器陣列。這種配置可以包括在正交平面中成對出現的4個聲束。另外，例如，在Janus配置中，具有單個換能器的相控陣列可以被配置為產生多個波束。ADCP能夠測量沿著波束軸投射的、波束長度約為發射的聲脈沖的一半的距離單元上的平均化的速度分量。因為假設平均流速在波束上是水平均勻的，所以通過對相對波束求差分能夠恢復流速分量。該過程對垂直流和/或未知的儀器傾斜引起的干擾相對不敏感。

發明內容

本發明的系統、方法和計算機可讀介質都具有多個方面，其中沒有單獨的一個方面單獨地促成其期望的屬性。在不限制本發明的范圍的情況下，現在將主要討論更突出的特征。

在一個實施例中，提供了一種用于對航行器進行導航的系統。所述系統包括大地基準傳感器，其被配置為測量以大地為基準的航行器速度。所述系統還包括流速剖面儀，其被配置為獲得與所述航行器相關的流速分布觀測。當能夠通過所述大地基準傳感器測量所述航行器的速度時，所述流速分布觀測是以大地為基準的流速分布，以及當大地基準傳感器測量不可用時，所述流速分布是觀測到的水流分布。所述系統還包括處理器。所述處理器被配置為：響應于初始的大地基準航行器速度，構建以大地為基準的流速分布的平均估計。所述處理器還被配置為：當大地基準測量不可用時，使用順序觀測的水流分布并在空間上將它們轉移到深度單元的固定網格。所述處理器還被配置為：通過求得連續觀測到的分布的差分并且求得所述深度單元的固定網格內的平均，確定由水柱推導出的航行器速度變化的估計。所述處理器還被配置為：通過累加所述初始的大地基準航行器速度和所述航行器速度的隨后變化，確定由水柱推導出的航行器速度的估計。所述處理器還被配置為：將由水柱推導出的航行器速度的估計用于導航方案和使流速分布以大地為基準，直到以大地為基準的航行器速度可用。

在一個實施例中，提供了一種對航行器進行導航的方法。所述方法包括：通過大地基準傳感器測量以大地為基準的航行器速度。所述方法還包括：通過流速剖面儀獲得與所述航行器相關的流速分布觀測。當能夠通過所述大地基準傳感器測量所述航行器的速度時，所述流速分布觀測是以大地為基準的流速分布，以及當大地基準傳感器測量不可用時，所述流速分布是觀測到的水流分布。所述方法還包括：響應于初始的大地基準航行器速度，構建以大地為基準的流速分布的平均估計。所述方法還包括：當大地基準測量不可用時，在空間上將順序觀測的水流分布轉移到深度單元的固定網格。所述方法還包括：通過求得連續觀測到的分布的差分并且求得所述深度單元的固定網格內的平均，確定由水柱推導出的航行器速度變化的估計。所述方法還包括：通過累加所述初始的大地基準航行器速度和所述航行器速度的隨后變化，確定由水柱推導出的航行器速度的估計。所述方法還包括：將所述由水柱推導出的航行器速度的估計用于導航方案和使流速分布以大地為基準，直到以大地為基準的航行器速度可用。