[發(fā)明專利]一種利用超短基線實(shí)現(xiàn)水下精確作業(yè)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910395440.4
• 申請(qǐng)日: 2019-05-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110294080B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫永福;張志平;趙曉龍;王立松;張浩然;李楊;孫楊;俞啟軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 自然資源部第一海洋研究所
• 主分類號(hào): B63B49/00
• 分類號(hào): B63B49/00;B63C11/52;G01S15/08;G01S5/18;G01S19/42
• 代理公司: 煙臺(tái)上禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37234
• 代理人: 孫俊業(yè)

1.一種利用超短基線實(shí)現(xiàn)水下精確作業(yè)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、系統(tǒng)安裝：

a、在母船上選取一參考點(diǎn)，通過(guò)參考點(diǎn)并指向母船艏向的為X軸，通過(guò)參考點(diǎn)并指向母船右舷的為Y軸，通過(guò)參考點(diǎn)并垂直向下的為Z軸，建立右手母船參考坐標(biāo)系；

b、將若干換能器按照一定的規(guī)律排列而成，組成水聲接收基陣并安裝在母船的參考點(diǎn)位置，并獲得水聲接收基陣坐標(biāo)系，在母船上安裝運(yùn)動(dòng)參考單元和姿態(tài)傳感器，獲得姿態(tài)傳感器坐標(biāo)系，以及用于分析、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算母船絕對(duì)坐標(biāo)位置及水下載體相對(duì)坐標(biāo)位置的控制系統(tǒng)；

c、在母船任意位置選取并安裝一用于接收GPS無(wú)線信號(hào)的天線接收器，并在母船任意位置選取一與天線接收器安裝位置相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)參考位置，該坐標(biāo)參考位置與水聲接收基陣的坐標(biāo)位置相關(guān)聯(lián)；

d、母船安裝動(dòng)力定位系統(tǒng)，動(dòng)力定位系統(tǒng)與GPS建立信號(hào)連接；

(2)、水下載體地理坐標(biāo)位置獲取：

a、GPS發(fā)送信號(hào)至母船天線接收器，控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的信號(hào)經(jīng)處理獲得母船的絕對(duì)坐標(biāo)位置，坐標(biāo)參考位置與母船的絕對(duì)坐標(biāo)位置相比較，經(jīng)控制系統(tǒng)分析，獲得坐標(biāo)參考位置的實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

b、在先安裝在母船上的水聲接收基陣根據(jù)坐標(biāo)參考位置的實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲得水聲接收基陣的實(shí)際坐標(biāo)位置；

c、換能器向水下發(fā)射聲波信號(hào)至水下載體，水下載體的聲學(xué)應(yīng)答器在收到訊問(wèn)信號(hào)后，發(fā)射區(qū)別于訊問(wèn)信號(hào)的響應(yīng)信號(hào)至水聲接收基陣，經(jīng)控制系統(tǒng)的軟件處理后得到水下載體的相對(duì)方位和距離，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算最終確定水下載體的最終準(zhǔn)確的相對(duì)位置坐標(biāo)；

(3)、動(dòng)力定位：

a、根據(jù)母船當(dāng)前的絕對(duì)位置坐標(biāo)及水下載體的相對(duì)位置坐標(biāo)，結(jié)合水聲接收基陣坐標(biāo)系，經(jīng)控制系統(tǒng)計(jì)算獲得水下載體在水聲接收基陣坐標(biāo)系中的實(shí)際位置；

b、該實(shí)際位置通過(guò)水聲接收基陣坐標(biāo)系判斷，獲得水下載體的聲學(xué)應(yīng)答器在水聲接收基陣下方的錐角區(qū)域內(nèi)或區(qū)域外的實(shí)際空間位置；

c、當(dāng)水下載體的聲學(xué)應(yīng)答器在水聲接收基陣下方的錐角區(qū)域外時(shí)，設(shè)定母船的實(shí)際位置，將水下載體的聲學(xué)應(yīng)答器置入水聲接收基陣下方的錐角區(qū)域內(nèi)，并將其輸入控制系統(tǒng)內(nèi)，控制系統(tǒng)將測(cè)量部分采集的信息進(jìn)行處理并根據(jù)所設(shè)定的母船的實(shí)際位置，將控制指令輸出至推力器部分以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的母船運(yùn)動(dòng)至設(shè)定位置；

d、到達(dá)設(shè)定位置后，測(cè)量部分發(fā)送信號(hào)至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)結(jié)合測(cè)量部分收到的風(fēng)、浪、流實(shí)時(shí)信息，對(duì)主推進(jìn)器和/或側(cè)推進(jìn)器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，改變船舶位置或艏向，在平衡作用于船舶的擾動(dòng)力和擾動(dòng)力矩的前提下，控制母船穩(wěn)定停止在設(shè)定位置，以確保水下載體的聲學(xué)應(yīng)答器始終在水聲接收基陣下方一個(gè)有限的錐角區(qū)域內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超短基線實(shí)現(xiàn)水下精確作業(yè)的方法，其特征是：所述步驟(1)、系統(tǒng)安裝中，母船上選取的參考點(diǎn)為母船重心或其他任意位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超短基線實(shí)現(xiàn)水下精確作業(yè)的方法，其特征是：所述運(yùn)動(dòng)參考單元包括與控制系統(tǒng)信號(hào)連接的電羅經(jīng)、聲速剖面儀，用于提供母船的縱傾和橫搖的加速度信息，對(duì)母船的晃動(dòng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，所述姿態(tài)傳感器對(duì)接收基陣進(jìn)行靜態(tài)校正，使之更接近理想的水平狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超短基線實(shí)現(xiàn)水下精確作業(yè)的方法，其特征是：所述水聲接收基陣的換能器發(fā)出一個(gè)聲脈沖，水下載體的聲學(xué)應(yīng)答器收到后，回發(fā)一個(gè)個(gè)聲脈沖，水聲接收基陣收到后，測(cè)量出x、Y兩個(gè)方向的相位差，并根據(jù)聲波的到達(dá)時(shí)間得到距離R，從而給出目標(biāo)在平面上的x、Y方位和目標(biāo)在水下的深度，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，獲得水下載體在水下的實(shí)際方位。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用超短基線實(shí)現(xiàn)水下精確作業(yè)的方法，其特征是：所述電羅經(jīng)采集到船舶艏向信號(hào)后發(fā)送至控制器，計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際航向與設(shè)定航向的比較產(chǎn)生控制信號(hào)輸出到推進(jìn)器，使推進(jìn)器動(dòng)作，保持船舶實(shí)際航向與設(shè)定航向之間的偏差最小，進(jìn)行航向控制。