[發明專利]一種基于偶極勢場的AUV回塢導引系統及導引方法

有效

• 申請號: 201510226276.6
• 申請日: 2015-05-06
• 公開（公告）號: CN104820430B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 嚴衛生;齊貝貝;高劍;崔榮鑫;王銀濤;李慧平
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于水下航行器回收對接技術領域，具體涉及一種基于偶極勢場的AUV回塢導引系統及導引方法。

背景技術

AUV(Autonomous Underwater Vehicle)作為一種水下自主運載工具，依靠自身所攜帶的能源航行，可完成水下測量、物品投送等任務，在軍事海洋偵察、海洋環境監測、油田勘測等領域有著重要的作用。AUV執行任務時攜帶的能源有限，對于長時間作業的AUV，必須在執行任務的區域通過作業母船對AUV進行布放和回收，以便完成補充能源、讀取信息、維護保障等工作。為了提高作業效率，人們提出了AUV的水下自主回收系統，自主回收控制已經成為當前海洋工程領域的研究熱點之一。

目前，AUV回塢導引方法主要有：

(1)基于橫向跟蹤控制的回塢導引方法。該方法首先需要定義一條AUV回收的中軸線，然后AUV根據當前位置與中軸線之間的距離偏差來控制AUV沿中軸線航行，最終實現AUV的回收。該方法的主要缺點是不適合初始位置在側面或后面的情況，也不適用于AUV的動態回收。

(2)基于人工勢場的回塢導引方法。該方法采用傳統的人工勢場法，產生一條可到達回收站的無碰航路，然后控制AUV沿航路航行，從而實現AUV的回收。該方法的主要缺點是存在著局部極小點的問題，即AUV在靠近回收站時同時受到引力和斥力，合力可能為零，一旦AUV陷入局部極小點就會出現回收站不可達問題，且在狹窄區域易發生路徑抖動等現象。

(3)基于模糊理論的AUV回收運動方法。依據模糊控制理論的基礎，并根據控制對象的特點，制定模糊控制規則，設計出模糊控制器，對AUV的回收運動過程進行控制。該方法的主要缺點是模糊控制規則的獲取以及輸入模糊變量論域和隸屬函數的確定都是實驗分析和操作人員經驗的匯總，受人為主觀因素的影響較大。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于偶極勢場的AUV回塢導引系統及導引方法。

技術方案

一種基于偶極勢場的AUV回塢導引系統，其特征在于包括USBL收發器和兩個USBL應答器；USBL收發器設置于AUV的頭部的中心軸線上嗎，兩個USBL應答器設置于回收站的兩側；所述兩個USBL應答器為電偶極子。

一種利用權利要求1所述基于偶極勢場的AUV回塢導引系統導引AUV回塢的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：AUV在回收坐標系xoy下從初始點X(0)＝［x0 y0］^T以初始航向角ψ(0)開始進行回塢導引；其中：x、y為AUV在回收坐標系下的位置坐標，(x(0),y(0))在AUV航行之前進行設定；所述回收坐標系xoy是以回收站的兩側安裝的兩個USBL應答器B₁和B₂的中心為原點，兩個USBL應答器B₁和B₂之間的連線為y軸，水平垂直于y軸且過原點的為x軸；

步驟2：AUV上安裝的USBL收發器與回收站兩側的應答器B₁和B₂進行通信，測量出應答器B₁和B₂在AUV體坐標系x_Bo_By_B下的距離L_i(i＝1,2)和方位μ_i(i＝1,2)；

步驟3：計算應答器B₁和B₂在位置坐標B_i(x_Ti,y_Ti)，i＝1,2：

步驟4：根據電偶極子電場原理，定義電偶極矩矢量應答器中點的位置坐標為由于回收站的入口矢量與垂直，則

步驟5：計算出AUV體坐標系x_Bo_By_B和AUV回收坐標系xoy之間的夾角：

B_i(x_Ti,y_Ti)i＝1,2是應答器B₁和B₂在AUV體坐標系x_Bo_By_B下的位置坐標；

步驟6：計算AUV在回收坐標系xoy下的位置坐標：