[發明專利]水下定位系統

有效

• 申請號: 201580071058.8
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN107110953B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 阿爾努德·馬爾科·容斯瑪;卡爾·索尼爾
• 申請（專利權）人: 復格歐公共有限責任公司
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16;G01S1/70;B63C7/26
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁麗超;潘樹志

一種水下定位系統(1)提供漫游器(2)的位置信息，該系統可在參考系內移動。該系統可以包括：具有光源(30)的至少一個信標(4)，位于參考系的固定位置；水下成像設備(10)，能在參考系中與漫游器一起移動以從不同的視點觀察光源并且確定表示光源相對于成像設備的方向或方向的改變的方向數據；方位傳感器(14)，與成像設備相關聯以確定成像設備相對于參考系的方位并生成方位數據；以及定標元件(12、28、111、113、115、330a?c)，用于提供表示成像設備與光源之間的距離的定標數據。可以提供各種不同的信標。在可替換系統實現方式中，光源和水下成像設備的位置在漫游器與信標之間是顛倒的。

技術領域

本發明涉及一種用于在水下的環境中進行定位的方法和系統并且更具體地涉及用于這種用途的信標的系統。本發明還涉及用于確定兩個對象的相對位置和方向的海底計量系統。

背景技術

在水下作業期間，常常需要準確識別對象在絕對方面或相對于另一對象的位置和/或方向。這種對象可以包括輸油管線和凸緣、工程結構、地質構造、救助項目等等。目前，使用遙控潛水器(ROV)在該背景下進行大量工作。然而，將理解類似的問題適用于人類潛水員、載人潛水設備以及無人自治潛水器(AUV)的情況并且本發明同樣可適用于所有的水下漫游器。

通常，對于漫游器，由于衛星定位系統在水下是無效的，因此在全局參考系中精確的水下絕對定位是困難的。使用陀螺儀和加速計的無助慣性導航系統(INS)可提供可靠的粗定位但卻遭受漂移。為了計量的目的，在從第一對象行進到第二對象所需的時間段，這種系統不能可靠地實現所需的厘米級相對精度，且不會進行附加測量。聲學定位系統在水下有效的，但具有取決于系統的類型和水深的缺點：

對于安裝在水面艦船上的USBL(超短基線)系統，漫游器的定位精度隨著水深升高而降低；

海床上的應答器的LBL(長基線)陣列是昂貴的并且還需要陣列昂貴的部署及校正；

聲學DVL(多普勒速度計程儀)輔助的INS定位提高INS準確度但將會表現出漂移；

來自ROV或其他傳感器的聲學噪聲和多徑效應會影響聲學定位系統的準確度和可靠性。

相對定位也是困難的，例如，在相對定位中希望確定第一對象相對于第二對象的位置。如果光學能見度是使得兩個對象均從漫游器的給定位置可見，則可以對相應對象執行光學或激光測距尋找。然而，與在空中或自由空間中的傳播相比，水下光傳播嚴重受限并且只有綠光到藍光可在沒有衰減到超出實際應用的情況下傳播顯著距離(10米到100米)。在大部分情況下，兩個對象不會從相同位置充分可見并且將漫游器從第一位置轉移到第二位置需要了解相關位移。由于這兩個觀察不是同時的，還必須考慮相應觀察時間。

水下計量的一種方法使用安裝在ROV上的照相機從不同位置拍攝照片序列。通過使用三角測量的原理合成照片，能夠確定調查對象的相對位置。該程序在攝影測量法中是已知的并需要相對良好能見度和顯著的處理能力。當場景暗時，需要ROV上的光源。由于背散射，這進而進一步降低了能見度。可以在調查對象上提供記號以便提高精度并且比例尺用于提供基線測量。文檔GB2257250描述了水下測量的攝影測量法的使用。在WO2011143622中描述了另一種設備，該設備捕獲水下的全景圖像。

期望提供一種可替換系統和提供附加位置數據的方法，特別是作為現有系統的附加冗余度。進一步期望提供一種甚至在降低的能見度狀況下能夠操作并有效使用處理器性能的系統。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種用于提供能在參考系內移動的漫游器的位置信息的水下定位系統，該系統包括：具有光源的至少一個信標，位于參考系內的固定位置；水下成像設備，能在參考系中與漫游器一起移動以從不同的視點觀察光源并且確定表示光源相對于成像設備的方向或方向的改變的方向數據；方位傳感器，與成像設備相關聯以確定成像設備相對于參考系的方位并生成方位數據；以及定標元件，用于提供表示成像設備與光源之間的距離的定標數據。