[發明專利]一種多水下機器人協同海流估計方法

在審

• 申請號: 201910976861.6
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110749890A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 吳迪;嚴浙平;秦東亞;周佳加;張宏瀚;徐健
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/50
• 分類號: G01S15/50;G01P5/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種多水下機器人協同海流估計方法，包括如下步驟：啟動多普勒測速儀、水聲同步通信機、非線性估計模塊和協同編隊控制模塊；當信息狀態為對底測速時，水下機器人廣播位置信息，實現協同編隊航行作業；當信息狀態為對流測速時，進入估計判別器判斷是否需要進行海流估計；非線性估計模塊根據水面支持母船的位置、距離信息與其他水下機器人的位置估計信息、海流估計信息、距離信息；融合海流估計結果與多普勒測速信息，補償多普勒測速儀對流測速帶來的位置誤差，實現水下機器人位置估計。本發明可以提高多水下機器人系統在深海海域的航行能力，實現長時間不出水的深海海域航行，滿足大范圍航海要求和作業效率要求。

技術領域

本發明涉及多水下機器人協同定位方法領域，尤其涉及一種多水下機器人協同海流估計方法領域。

背景技術

定位信息是水下機器人實現自主規劃、自主控制的必要條件，同時是水下機器人任務執行與安全作業的重要保障。然而，水是電磁波的不良導體，因此常用的GNSS定位和導航方法不適用于水下機器人。多普勒測速儀(Doppler velocity log)是利用聲波的多普勒效應以及測流原理制成的聲學設備，能夠用于測量水下機器人參考海底的絕對速度和參考水體的相對速度。當水下機器人可獲取絕對速度時，結合自身搭載的姿態測量設備即可實現不大于0.5％的定位精度，滿足航行任務要求。但是，當水下機器人在深海海域航行時，水深往往超過多普勒測速儀的測量范圍，此時多普勒測速儀僅能獲取參考水體的相對速度，若無法獲取水體的流速信息，定位位置將速度發散。

本專利中的多水下機器人協同海流估計方法，利用水聲同步通信機模塊實現水下機器人與支持母船、其他水下機器人間信息交互與距離測量，最終完成海流信息的估計，并將海流信息補償給多普勒測速儀，達到絕對速度信息的觀測要求，提高深海海域的定位精度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多水下機器人協同海流估計方法，以保證多水下航行器深海海域航行時的定位精度。

本發明是這樣實現的：

一種多水下機器人協同海流估計方法，所述方法包括如下步驟：

(1)開始航行任務，啟動多普勒測速儀、水聲同步通信機、非線性估計模塊和協同編隊控制模塊；

(2)多普勒測速儀反饋速度信息，當信息狀態為對底測速時，水下機器人廣播位置信息，實現協同編隊航行作業；

(3)多普勒測速儀反饋速度信息，當信息狀態為對流測速時，進入估計判別器判斷是否需要進行海流估計，若需要，水下機器人廣播位置信息、流速估計信息，協同編隊控制模塊開始進行隊形變換任務，否則進行協同編隊航行作業；

(4)在隊形變換任務開始后，非線性估計模塊根據水面支持母船的位置、距離信息與其他水下機器人的位置估計信息、海流估計信息、距離信息，利用因子圖優化方法，實現海流流速的估計；

(5)水下機器人停止隊形變換任務，融合海流估計結果與多普勒測速信息，補償多普勒測速儀對流測速帶來的位置誤差，實現水下機器人位置估計；

(6)判斷航行任務是否完成，若完成，結束流程，否則，返回步驟2。

一種多水下機器人協同海流估計裝置，所述裝置包括多普勒測速儀模塊、水聲同步通信機模塊、非線性估計模塊、協同編隊控制模塊；所述多普勒測速儀模塊的作用是：使用多普勒測速儀測量對底速度，當水深超出測量范圍無法實現對底測速時，可自動切換為對流測速模式；所述水聲同步通信機模塊的作用是：水聲同步通信機在典型海洋環境下通信范圍不小于3千米，具備1PPM的高精度晶振，在實現通信功能基礎上，同時實現單向傳播時間測距；所述非線性估計模塊的作用是：利用水面支持母船的位置、距離信息與其他水下機器人的位置估計信息、海流估計信息、距離信息，采用因子圖優化方法，實現海流速度、位置的最優估計；所述協同編隊控制模塊的作用是：利用多水下機器人間的位置信息，實現多水下機器人編隊隊形變換和位置循環變換。