[發(fā)明專利]一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測裝置及其檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410150881.5
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103926934B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫大軍;鄭翠娥;張居成;李昭;張殿倫;勇俊;李想;韓云峰;王永恒
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01S15/88
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1.一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測裝置，包括引導(dǎo)系統(tǒng)（3）、接收系統(tǒng)（2）和控制系統(tǒng)（1），其特征在于：所述引導(dǎo)系統(tǒng)（3）安裝在水下工作平臺的對接群口周圍，接收系統(tǒng)（2）安裝在水下機器人的尾部底端，用于接收引導(dǎo)系統(tǒng)（3）發(fā)出的引導(dǎo)信號，控制系統(tǒng)（1）均安裝在水下機器人的干艙中，接收系統(tǒng)（2）通過電纜與控制系統(tǒng)（1）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測裝置，其特征在于：引導(dǎo)系統(tǒng)（3）包括3個引導(dǎo)信號發(fā)射系統(tǒng)，所述引導(dǎo)信號發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射換能器（7）、引導(dǎo)信號生成系統(tǒng)（8）、電池組（9）和外殼，引導(dǎo)信號生成系統(tǒng)（8）和電池組（9）均被密封在外殼的內(nèi)部，電池組（9）用于提供引導(dǎo)信號生成系統(tǒng)（8）的工作電源，發(fā)射換能器（7）固定在外殼的上表面，發(fā)射換能器（7）用于向水中發(fā)射引導(dǎo)聲信號，引導(dǎo)信號生成系統(tǒng)（8）包括功放電路（10）、引導(dǎo)電信號生成電路（11）和時鐘電路（12），時鐘電路（12）的時鐘信號輸出端與引導(dǎo)電信號生成電路（11）的時鐘信號輸入端連接，引導(dǎo)電信號生成電路（11）的引導(dǎo)電信號輸出端與功放電路（10）的引導(dǎo)電信號輸入端連接，功放電路（10）的引導(dǎo)電信號輸出端與發(fā)射換能器（7）的電信號輸入端連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測裝置，其特征在于：所述3個引導(dǎo)信號發(fā)射系統(tǒng)按照等腰直角三角形的陣型固定在水下工作平臺的對接群口周圍。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測裝置，其特征在于：接收系統(tǒng)（2）包括4個接收換能器（6）、圓桶形水密外殼（4）和前置放大器（5），4個接收換能器（6）均勻分布在圓桶形水密外殼（4）的外側(cè)底部，接收換能器（6）用于接收發(fā)射換能器（7）發(fā)射的引導(dǎo)聲信號，前置放大器（5）固定在圓桶形水密外殼（4）的側(cè)面上，接收換能器（6）的電信號輸出端與前置放大器（5）的電信號輸入端連接，前置放大器（5）的電信號輸出端與控制系統(tǒng)（1）的電信號輸入端連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測裝置，其特征在于：控制系統(tǒng)（1）包括濾波放大電路（13）、采樣電路（14）和控制模塊（15），濾波放大電路（13）的電信號輸入端通過電纜與前置放大器（5）的電信號輸出端連接，濾波放大電路（13）的濾波放大信號輸出端與采樣電路（14）的采樣信號輸入端連接，采樣電路（14）的采樣信號輸出端與控制模塊（15）的采樣信號輸入端連接，控制模塊（15）包括接收水下機器人航行方向的端口，接收水下機器人航行姿態(tài)的端口，接收聲速的端口和接收水下壓力的端口。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測裝置，其特

征在于：所述控制模塊（15）中包括嵌入檢測模塊，所述檢測模塊包括：

用于接收采樣電路（14）發(fā)送的采樣信號的采樣信號接收模塊，

用于判斷采樣信號是否存在引導(dǎo)聲信號的信號判斷模塊，是，則繼續(xù)進行檢測過程，否，則繼續(xù)對采樣信號是否存在引導(dǎo)聲信號進行判斷，

用于估算引導(dǎo)聲信號傳播時延的時延估計模塊，

用于接收水下機器人航行方向的方向信號接收模塊，

用于接收水下機器人航行姿態(tài)的姿態(tài)信號接收模塊，

用于接收聲速的聲速信號接收模塊，

用于接收水下壓力的水下壓力信號接收模塊，

用于根據(jù)水下機器人航行方向、聲速、水下壓力和接收到的引導(dǎo)聲信號計算水下機器人與水下工作平臺相對坐標(biāo)的相對坐標(biāo)計算模塊，

用于根據(jù)水下機器人航行姿態(tài)、聲速、水下壓力和接收到的引導(dǎo)聲信號計算水下機器人底面與水下工作平臺的對接群口平面的相對角度的相對角度計算模塊，

用于向水下機器人信息處理控制系統(tǒng)發(fā)送水下機器人與水下工作平臺相對坐標(biāo)和水下機器人底面與水下工作平臺的對接群口平面的相對角度的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

7.一種用于水下機器人與水下工作平臺對接的聲納檢測方法，由引導(dǎo)系統(tǒng)（3）、接收系統(tǒng)（2）和控制系統(tǒng)（1）實現(xiàn)，其特征在于，包括以下步驟：

用于接收采樣信號的采樣信號接收步驟，

用于判斷采樣信號是否存在引導(dǎo)聲信號的信號判斷步驟，是，則繼續(xù)進行檢測過程，否，則繼續(xù)對采樣信號是否存在引導(dǎo)聲信號進行判斷，

用于估算引導(dǎo)聲信號傳播時延的時延估計步驟，

用于接收水下機器人航行方向的方向信號接收步驟，

用于接收水下機器人航行姿態(tài)的姿態(tài)信號接收步驟，

用于接收聲速的聲速信號接收步驟，

用于接收水下壓力的水下壓力信號接收步驟，

用于根據(jù)水下機器人航行方向、聲速、水下壓力和接收到的引導(dǎo)聲信號計算水下機器人與水下工作平臺相對坐標(biāo)的相對坐標(biāo)計算步驟，

用于根據(jù)水下機器人航行姿態(tài)、聲速、水下壓力和接收到的引導(dǎo)聲信號計算水下機器人底面與水下工作平臺的對接群口平面的相對角度的相對角度計算步驟，

用于向水下機器人信息處理控制系統(tǒng)發(fā)送水下機器人與水下工作平臺相對坐標(biāo)和水下機器人底面與水下工作平臺的對接群口平面的相對角度的數(shù)據(jù)發(fā)送步驟。