[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

本發明屬于導航技術領域，提供海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統及方法，主要由差分GPS系統、超短基線定位系統(USBL)、捷聯慣導系統(SINS)、多普勒計程儀(DVL)等組成：差分GPS系統精確定位水面艇的地理位置坐標；超短基線定位系統確定水下無人航行器相對于水面無人艇的三維矢量位置；捷聯慣導系統檢測水下無人航行器實時航向和姿態；多普勒計程儀檢測水下無人航行器運行的絕對速度。SINS與DVL組合實現水下無人航行器短時的高精度定位，差分GPS和USBL組合實現水下無人航行器絕對定位；實現水下無人航行器長航時、長航程的高精度定位，提供準確的位置信息。本發明還提供多種導航儀器的組合定位方法，為水下高精度組合導航提供了解決方法。

技術領域

本發明屬于導航技術領域，具體涉及海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統及方法。

背景技術

海底管道作為重要的海上油氣田生產設施，一旦發生泄漏或破壞，輕則導致資源浪費，重則會因為原油或天然氣的泄漏而導致爆炸，造成人員傷亡和財產損失。因此海底油氣管檢測具有重要意義，無論是從經濟發展還是環境保護的角度出發都應該予以高度重視。海底油氣管檢測機器人就是以水下機器人作為載體，搭載多種專業的檢測設備，用來對船舶等作業平臺加以支持，順利完成對海底管線的檢測。隨著海底油氣管檢測機器人向大深度、多功能、長時間的實際工程應用趨勢發展，仍有一些關鍵問題需要研究和解決。其中水下導航技術對于水下機器人的發展尤為重要，水下導航定位系統能夠準確提供海底油氣管檢測機器人的具體位置，將海底管線的具體路線和位置以及檢測作業的所有具體情況加以記錄，同時也能夠通過定位系統給作業船提供作業信息，水下定位系統的精確程度和穩定程度對海底油氣管檢測作業的順利完成具有關鍵作用。

目前成熟的水下組合導航方式主要為捷聯慣性導航系統(SINS)與GPS衛星導航系統、多普勒計程儀(DVL)組合導航，但是這種方式需要海底油氣管檢測機器人不斷浮出水面通過GPS進行位置校正，嚴重限制海底油氣管檢測的效率。因此，有必要研究一種使海底油氣管檢測機器人能夠在水下長期航行，無需浮出水面進行校正的組合導航定位系統。最近幾年，國內外學者對超短基線定位系統(USBL)輔助慣性導航系統定位做了一些深入的研究。

M.Morgado等創造性的提出了一種超短基線定位系統與捷聯慣性導航系統的緊組合導航定位算法；Geng Y等提出了一種基于USBL/INS緊組合導航新穎的濾波算法，稱之為HDEKF；國內對超短基線定位系統與捷聯慣性導航系統的組合導航研究較少，李守軍等人提出了INS/USBL水下組合導航系統模型，海試試驗結果表明USBL系統能夠修正INS的位置誤差，證明了模型了正確性。

發明內容

本發明的目的在于提供實現海底油氣管檢測機器人長航時、長航程的高精度自主導航定位的海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統及方法，為海底油氣管檢測和修復作業提供保障。

本發明是這樣實現的：海底油氣管檢測機器人的組合導航定位系統,該系統由衛星1、差分GPS系統2、水面艇3、超短基線定位系統USBL4、水下無人航行器5，電纜6、捷聯慣導系統SINS7、多普勒計程儀DVL8組成，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。

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USBL4、捷聯慣導系統SINS7、多普勒計程儀DVL8組成。

超短基線定位系統USBL4包括應答器9、聲基陣10，超短基線定位系統USBL4的發射基陣和接收基陣固定在換能器中，組成聲基陣10。

海底油氣管檢測機器人的組合導航定位方法，包括以下步驟：