[發明專利]一種觀測水下潛航器相對位置的裝置、方法和系統

在審

• 申請號: 201710536532.0
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107192983A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 張洵;習志平;李英燦;楊洋;周長根
• 申請（專利權）人: 深圳潛行創新科技有限公司
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18;G01S19/48;G01S19/49;G01S19/53;G01C21/16
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 孟金喆

1.一種觀測水下潛航器相對位置的裝置，其特征在于，包括聲學測量模塊、定位模塊、慣性測量模塊和控制處理模塊，其中：

所述聲學測量模塊，用于檢測水下潛航器的位置，并輸出第一數據；

所述定位模塊，設置在浮標中繼上，用于確定浮標中繼的位置，并輸出第二數據；

所述慣性測量模塊，設置在水下潛航器上，用于檢測水下潛航器的運動狀態，并輸出第三數據；

所述控制處理模塊，與所述聲學測量模塊、所述定位模塊和所述慣性測量模塊的輸出端連接，用于接收所述第一數據、所述第二數據和所述第三數據，并對接收的數據進行處理，得到第一位置信息。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述聲學測量模塊包括應答單元和基陣單元，其中：

所述基陣單元，包括至少三個換能器，設置在水下潛航器上，用于發射詢問信號和接收所述應答單元發射的應答信號；

所述應答單元，設置在浮標中繼上，用于接收所述詢問信號和發射所述應答信號；

其中，所述不同換能器接收所述應答信號之間的相位差和所述基陣單元發射所述詢問信號并接收所述應答信號的時間作為所述第一數據。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于：

所述定位模塊可以是GPS定位模塊，同時與所述應答單元設置在所述浮標中繼上；

其中，所述浮標中繼的初始位置為所述水下潛航器的初始位置，所述浮標中繼的位置信息和速度信息作為所述第二數據。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述慣性測量模塊包括加速度檢測單元、角速度檢測單元、深度檢測單元和航向檢測單元，其中：

所述加速度檢測單元，包括至少一個三軸加速度傳感器，用于獲取所述水下潛航器的線運動信息；

所述角速度檢測單元，包括至少一個三軸角速度傳感器，用于獲取所述水下潛航器的角運動信息；

所述深度檢測單元，包括至少一個深度檢測傳感器，用于獲取所述水下潛航器的下潛深度信息；

所述航向檢測單元，包括至少一個磁羅盤，用于獲取所述水下潛航器的航向信息，并校正所述角運動信息；

其中，所述加速度檢測單元還可以用于校正所述水下潛航器的角運動信息，所述線運動信息、角運動信息、下潛深度信息、航向信息、校正后的角運動信息作為所述第三數據；

相應的，所述控制處理模塊用于根據所述線運動信息、角運動信息、下潛深度信息、航向信息、校正后的角運動信息進行處理，確定所述水下潛航器的線運動狀態、角運動狀態、下潛狀態和航向狀態。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制處理模塊包括數據融合單元和控制單元，其中：

所述數據融合單元，用于對所述第一數據、所述第二數據和所述第三數據進行解算、融合校正和濾波處理，得到第一位置信息；

所述控制單元，用于控制所述數據融合單元接收所述第一數據、所述第二數據和所述第三數據，并輸出所述數據融合單元處理后的第一位置信息。

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述數據融合單元的處理用于：

根據所述第一數據中不同換能器接收所述應答信號之間的相位差計算所述水下潛航器與所述應答單元的方位角度信息，根據所述第一數據中的所述基陣單元發射所述詢問信號并接收所述應答信號的時間計算所述水下潛航器與所述應答單元的距離信息，然后結合所述第二數據進一步計算所述水下潛航器相對于初始位置的第二位置信息；

根據所述第三數據中所述線運動信息、角運動信息、下潛深度信息、航向信息、校正后的角運動信息計算所述水下潛航器的速度信息，進一步計算所述水下潛航器相對于初始位置的距離信息和角度信息，確定所述水下潛航器的第三位置信息；

對計算得到的第二位置信息和第三位置信息進行融合校正，然后濾波處理更新所述第一位置信息；

其中，所述第二位置信息包括根據聲學測量模塊和定位模塊得到的所述水下潛航器相對于所述水下潛航器初始位置的距離信息、角度信息和深度信息；所述第三位置信息包括根據慣性測量模塊得到的所述水下潛航器相對于所述水下潛航器初始位置的距離信息、角度信息、深度信息、姿態信息和航向信息；所述第一位置信息包括根據所述數據融合單元處理后的所述水下潛航器相對于所述水下潛航器初始位置的距離信息、角度信息、深度信息、姿態信息和航向信息。