[發明專利]海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統及方法

在審

• 申請號: 201910323789.7
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110006433A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 魏延輝;劉靜;田晨光;鄭志;楊鵬飛;牛家樂;李強強;劉東東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統，其特征在于：包括衛星(1)、差分GPS系統(2)、水面艇(3)、超短基線定位系統USBL(4)、水下無人航行器(5)，電纜(6)、捷聯慣導系統SINS(7)、多普勒計程儀DVL(8)，可分為水面導航、水面艇輔助水下航行器位置定位和水下導航三個部分。

2.根據權利要求1所述的海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統，其特征在于：水面導航部分由衛星(1)、水面艇(3)、接收天線(11)、基準站(12)、發射電臺(13)組成，水面艇輔助水下航行器位置定位部分由差分GPS系統(2)、應答器(9)、聲基陣(10)組成，水下導航部分由超短基線定位系統USBL(4)、捷聯慣導系統SINS(7)、多普勒計程儀DVL(8)組成。

3.根據權利要求1或2所述的一種海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統，其特征在于：超短基線定位系統USBL(4)包括應答器(9)、聲基陣(10)，超短基線定位系統USBL(4)的發射基陣和接收基陣固定在換能器中，組成聲基陣(10)。

4.海底油氣管檢測機器人的組合導航定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)差分GPS系統(2)得到船體的精確位置，計算出聲基陣的位置、姿態和船舷向：對基準站(12)進行精確測量定位；基準站(12)利用接收天線(11)，估算每一顆衛星測量中緩慢變化的誤差分量，形成對衛星(1)的測量修正；再通過發射電臺(13)廣播給水面艇(3)；

(2)水面艇輔助水下航行器位置定位：精確測定聲基陣(10)中聲單元之間的相互位置，構建聲基陣坐標系；應答器(9)測量聲單元的相位差，得到應答器在聲基陣坐標系中的方位，計算聲基陣(10)與水下無人航行器(5)之間的相對距離，得到水下無人航行器(5)的相對位置；應用坐標系變換得到水下無人航行器(5)的絕對位置；

(3)水下導航部分，捷聯慣導系統SINS(7)作為組合導航定位系統的主系統，用于提供海底油氣管檢測機器人的三維姿態、速度和位置信息；多普勒計程儀DVL(8)和超短基線定位系統USBL(4)作為輔助系統，分別與捷聯慣導系統SINS(7)構成導航子系統，采用聯邦濾波技術中的無復位式結構模型設計組合導航系統，通過全局信息融合，得到系統狀態的全局最優估計，利用獲得的狀態全局最優估計值對捷聯慣導系統的誤差進行實時校正，并將校正后的捷聯慣性導航系統輸出作為組合導航系統的輸出。

5.根據權利要求4所述的海底油氣管檢測機器人的組合導航定位方法，其特征在于：步驟(3)具體包括：

(3.1)多普勒計程儀DVL(8)和捷聯慣導系統SINS(7)組成SINS/DVL導航子系統，該子系統采用速度組合模式，利用SINS解算得到的地理坐標系下的速度與DVL轉換后的地理坐標速度作差，將速度差值作為濾波過程的量測量，通過濾波器得到精確的導航定位信息；

(3.2)超短基線定位系統USBL(4)和捷聯慣導系統SINS(7)組成SINS/USBL導航子系統，該子系統采用位置組合模式，將SINS輸出的地理坐標系下的位置信息與USBL轉換后的地理坐標系下的位置信息的差值作為量測值，然后進行濾波得到狀態的最優估計值，利用該估計值對SINS三維誤差進行修正；

(3.3)采用聯邦濾波技術中的無復位式結構模型設計SINS/DVL/USBL組合導航系統，通過全局信息融合，得到系統狀態的全局最優估計，利用獲得的狀態全局最優估計值對捷聯慣導系統SINS(7)的誤差進行實時校正，并將校正后的捷聯慣導系統SINS(7)輸出作為組合導航系統的輸出，包括載體的姿態、速度及位置等導航信息。