[發明專利]一種AUV平臺自適應定位與導航系統及方法

在審

• 申請號: 201410828263.1
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104569917A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 岳志杰;焦君圣;王忠康;張宏滔;謝哲
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本發明屬于水聲技術及通信技術領域，具體涉及一種AUV平臺自適應定位與導航系統及方法。

背景技術

隨著各種水下測量傳感器技術和水下自主航行器技術的發展，利用AUV平臺攜帶各種傳感器實現水文環境信息的測量、地形的勘測、數據記錄、水聲通信無線控制等難題已經基本解決。但由于AUV平臺受到重量及體積的限制，能源段不能滿足AUV平臺長時間水下工作的任務，并且AUV平臺反復的水下布放難度大、成本高，因此實現AUV平臺在水下基站完成自主充電、數據導出就具有很高的實用價值。要實現AUV平臺自主完成與水下基站的對接，就要求AUV平臺能夠實時更新本身與水下基站之間的位置關系，從而實時修正自己的運動軌跡，精確地找到水下基站完成對接及后續工作。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種AUV平臺自適應定位與導航系統及方法，結合水聲通信與超短基線定向技術，是一種聯合利用水聲通信與超短基線陣實現水下AUV平臺自適應定位與導航技術，實現導引AUV平臺精確地找到水下基站，也可以導航AUV平臺到達指定位置完成任務。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。這種AUV平臺自適應定位與導航系統，包括水下基站端、AUV平臺端及水聲通信與定位系統工作協議，AUV平臺端主動發射定位信號，由水下基站端超短基線模塊完成AUV方位測定后將結果發送給AUV平臺端，AUV平臺端解析測向結果并完成距離測定，最后將距離與方位信息整理打包后傳遞給AUV控制中心，進而指導AUV平臺工作，其中，AUV平臺端，包括：水聲通信MODEM-A及AUV控制中心單元；水下基站端，包括：水聲通信MODEM-B、超短基線陣及接駁站控制單元；水聲通信與定位系統工作協議，包括：水聲通信MODEM初始化和參數自適應配置、定位信號設計、定位與導航系統工作流程。

這種AUV平臺自適應定位與導航方法，實現AUV平臺自適應定位與導航工作過程具體包括系統初始化、測定AUV平臺方位、AUV平臺與水下基站間距離測定、指導AUV平臺修正運動軌跡、反復測定AUV平臺與水下基站間相對距離與位置關系和到達水下基站過程；

其中系統初始化過程，包括以下步驟：

1)AUV平臺端MODEM-A與水下基站端MODEM-B之間參數自適應配置初始化；

2)AUV平臺端MODEM-A定點、定時發送測向信號，水下基站端超短極限陣接收測向信號并進行測向，結果送至顯控檢驗測向狀態；

3)接駁站段MODEM-B發送測距信號，AUV平臺端定點應答，接駁站端MODEM-B接收應答信號后進行測距并將結果送至顯控檢驗測距狀態；

完成上述初始化過程后，根據通信協議實現AUV平臺的精確導航，具體實現步驟如下：

4).AUV平臺開始水下航行，并通過AUV平臺端MODEM-A自適應時間間隔發射定位信號；

5).水下基站端接收水聲定位信號，完成定位，并通過水聲通信MODEM-B將定位結果發送至AUV平臺端MODEM-A；

6).AUV平臺間MODEM-A接收定位結果的同時根據自身發送的定位信號與接收到MODEM-B回復定位結果之間的時間延遲，測定自身與水下基站之間的距離，并將測向結果和自身的測距結果整理后發送到AUV平臺控制中心，控制中心根據此信息調整運動軌跡；

7).重復4)、5)、6)步驟的工作，直到AUV平臺達到制定工作位置；

所述的自適應時間間隔是指接收到接駁站端的應答信號后自動發射下一次的定位信號，如果在4s時間內沒有接收到接駁站端的應答信號同樣發射下一次的定位信號。

系統初始化步驟1)所述的AUV平臺端MODEM-A與水下基站端MODEM-B之間參數自適應配置初始化，其實現過程具體包括以下步驟：

1).AUV平臺端MODEM-A與水下基站端MODEM-B上電；

2).AUV平臺端MODEM-A按照發射周期3s、發射功率3dB步長遞減發送功率檔位信息加雙方約定的握手信息；

3).水下基站端MODEM-B接收并統計對應各功率檔位的誤碼率，待完成全部檔位信息接收后，水下基站端MODEM-B用誤碼率最低的通信參數配置自己；

4).水下基站端MODEM-B將最優的通信參數信息以約定的格式發送至AUV平臺端MODEM-A，MODEM-A根據接收到的參數信息完成自身配置。