[發(fā)明專利]一種用于水下航行器的水面自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710721021.6
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107576328B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 高劍;嚴衛(wèi)生;崔榮鑫;王銀濤;張福斌;湯丹妮;周斌斌
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S15/02;G01S15/50;G01S19/45;G01S19/47;G05D1/12
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

1.一種用于水下航行器的水面自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括岸基顯控中心、無線網絡通信系統(tǒng)、無人船跟蹤平臺和水聲定位系統(tǒng)；

所述無人船跟蹤平臺利用水聲定位系統(tǒng)得到水下航行器的相對位置，結合無人船跟蹤平臺上的衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲得的無人船跟蹤平臺自身位置，確定水下航行器的位置，并通過無線網絡通信系統(tǒng)將無人船跟蹤平臺自身位置和水下航行器的位置發(fā)送給岸基顯控中心；

所述無人船跟蹤平臺根據(jù)自身姿態(tài)傳感器獲得自身的姿態(tài)信息，并根據(jù)水聲定位系統(tǒng)得到水下航行器的相對位置，控制無人船跟蹤平臺自身前向速度和航向角速度，實現(xiàn)對水下航行器的跟蹤；同時無人船跟蹤平臺將自身的姿態(tài)信息通過無線網絡通信系統(tǒng)發(fā)送給岸基顯控中心；

所述水聲定位系統(tǒng)包括USBL收發(fā)器和USBL應答器；所述USBL收發(fā)器固定在無人船跟蹤平臺底部，所述USBL應答器固連在水下航行器上；

所述無人船跟蹤平臺包括船體以及安裝在船體上的無人船動力系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、處理計算機；

所述衛(wèi)星定位系統(tǒng)將無人船跟蹤平臺自身的位置信息發(fā)送給處理計算機；所述水聲定位系統(tǒng)中的USBL收發(fā)器將水下航行器的相對位置發(fā)送給處理計算機；所述慣性導航系統(tǒng)將無人船跟蹤平臺的姿態(tài)信息發(fā)送給處理計算機；

所述處理計算機根據(jù)無人船跟蹤平臺自身的位置信息以及水下航行器的相對位置，解算出水下航行器的位置信息，并通過無線網絡通信系統(tǒng)發(fā)送給岸基顯控中心；

所述處理計算機根據(jù)水下航行器的相對位置和無人船跟蹤平臺自身的姿態(tài)信息，計算出無人船跟蹤平臺的前向速度控制量和航向角速度控制量，并轉換為無人船動力系統(tǒng)的推力指令來控制無人船動力系統(tǒng)；

根據(jù)水下航行器的相對位置和無人船跟蹤平臺自身的姿態(tài)信息，計算出無人船跟蹤平臺的前向速度控制量和航向角速度控制量的具體過程為：

采用基于視線導引的領航-跟隨法對自主水下航行器進行跟蹤，控制目標描述為

其中為自主水下航行器與無人船的距離，θ為自主水下航行器與無人船連線的航向偏角；

θ＝arctan(Δx/Δy)，

Δx，Δy為自主水下航行器相對于無人船的相對位置，為由慣性導航系統(tǒng)測得的無人船航向角；

設計無人船跟蹤平臺的前向速度和航向角速度的PD控制器，使得

其中F、N為輸出前向推力和轉矩，u_d、w_z為由慣性導航系統(tǒng)測得的無人船前向速度、航向角速度，k_p1、k_b1、k_p2、k_b2為PD控制器的控制參數(shù)。

2.根據(jù)權利要求1所述一種用于水下航行器的水面自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述無線網絡通信系統(tǒng)包括岸基無線網絡電臺、岸基無線通信天線、船載無線網絡電臺、船載無線通信天線；所述無線網絡通信系統(tǒng)采用TCP/IP無線網絡通信協(xié)議。