[發明專利]水下航行器與基站的光引導自動對接方法及裝置

有效

• 申請號: 201410029681.4
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103963947A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 唐建中;余有芳;徐建國;蔣珀;華光
• 申請（專利權）人: 浙江大學;上海南華蘭陵電氣有限公司
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明涉及涉及海洋工程領域，尤其是一種水下航行器與基站的光引導自動對接方法及裝置。

背景技術

近年來，人類對海洋的探索不斷深入，逐步發展了一批用于海洋湖泊探測研究用的設備。水下航行器就是其中最具代表性的一種海洋探測裝置，廣泛應用于國防、海岸警衛、海事、海關、核電、水電、海洋石油、漁業、海上救助、管線探測和海洋科學研究等領域。自主水下航行器作為一種低成本、又便捷的自主探測裝置，在工作時與母艦沒有任何線纜連接。同時，導致自主水下航行器需要與基站對接進行能源補給，與基站對接進行信息批量數據的傳輸，開發自主水下航行器與基站的對接技術，是延長自主水下航行器在海底連續工作時間的有效手段，也是擴充自主水下航行器信息采集能力的有效手段，可以大大減少自主水下航行器的布放和回收次數，節約人力物力。

我國在海洋工程領域的研究開發起步較晚，水下對接技術的相關研究做得還比較少。專利CN 103057679 A公布了雙智能水下機器人相互對接裝置及對接方法，包括定位系統和對接系統兩大系統，借用了多普勒測速聲吶、水聲換能器、攝像頭等一系列器件，算法和機械結構都相對復雜，同時是用于兩個智能水下機器人的對接，不能很好地為自主水下機器人補給能源；專利CN 102320362 A公布了一套自主水下航行器與海底觀測網對接裝置，用一個大喇叭口做機械式的引導，將自主水下航行器與海底觀測網進行對接，進行無線傳能和信息交換。

在光伏太陽能發電領域，研究發現：當太陽能發電板正對太陽光時，發電效率最高。工程師采用了光電四象限探測器感知太陽光的角度，調節太陽能電池板，使之隨太陽的移動而移動。正是從這得到啟發，本發明將太陽光跟蹤技術用到水下光引導的對接技術上。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種水下航行器與基站的光引導自動對接方法及裝置。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種水下航行器與基站的光引導自動對接方法；包括固定光源和設置有四象限光電探測器的航行器；步驟如下：通過光源發出光線；光源發出光線照射到航行器的四象限光電探測器上，形成光斑；根據光斑在四象限光電探測器上所在的位置進行航行器的航向姿態調整。

作為對本發明所述的的水下航行器與基站的光引導自動對接方法的改進：所述光線通過凸透鏡形成光斑。

作為對本發明所述的的水下航行器與基站的光引導自動對接方法的進一步改進：根據四象限光電探測器上光斑所在的位置判斷光源與航行器之間的角度偏差，再根據角度偏差調整航行器的航向姿態。

作為對本發明所述的的水下航行器與基站的光引導自動對接方法的進一步改進：所述光斑在四象限光電探測器中時，航行器的航向姿態調整如下：當光斑在第一象限的時候，航行器左偏下潛；當光斑在第二象限的時候，航行器右偏下潛；當光斑在第三象限的時候，航行器右偏抬艏；當光斑在第四象限的時候，航行器左偏抬艏；當光斑在第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限正中間的時候，航行器保持向前。

作為對本發明所述的的水下航行器與基站的光引導自動對接方法的進一步改進：所述光斑在四象限光電探測器中的象限判斷方法如下：△X為光斑在四象限光電探測器的X軸的移動；△Y為光斑在四象限光電探測器的Y軸的移動；A為光斑在第一象限內的感光面積；B為光斑在第二象限內的感光面積；C為光斑在第三象限內的感光面積；D為光斑在第四象限內的感光面積，通過以下公式進行光斑的位置判斷；△X=(A+D)-(B+C)；△Y=(A+B)-(C+D)；△X=0；△Y=0時，光斑在第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限正中間，航行器向前運動；△X>0；△Y>0時，光斑在第一象限，航行器左偏下潛；△X<0；△Y>0時，光斑在第二象限，航行器右偏下潛；△X<0；△Y<0時，光斑在第三象限，航行器右偏抬艏；△X>0；△Y<0時，光斑在第四象限，航行器左偏抬艏。

一種水下航行器與基站的光引導自動對接裝置，包括信號源與信號接收調整裝置；所述信號源為固定的光源；所述信號接收調整裝置為固定在航行器上的四象限光電探測器；所述光源包括燈殼，所述燈殼上從內到外依次設置有反光鏡、高亮光源以及濾光片；所述四象限光電探測器包括凸透鏡和控制器，所述控制器上依次連接有A/D采樣電路、前置放大電路以及四象限信號線；所述凸透鏡設置在四象限信號線的一側。

作為對本發明所述的水下航行器與基站的光引導自動對接裝置的改進：所述光源發出 錐形發散的單色光，所述單色光為波長在850納米的近紅外光，錐角范圍在15°～30°。