[發明專利]一種水下無人航行器浮出水面檢測方法

在審

• 申請號: 202010963840.3
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112050808A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 崔欣;高明;金長新
• 申請（專利權）人: 濟南浪潮高新科技投資發展有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01D21/02
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

一種水下無人航行器浮出水面檢測方法，通過采用FPGA采集分布在水下無人航行器不同位置的多個溫鹽深傳感器、紅外傳感器、氧含量傳感器、六軸陀螺儀加速度傳感器的壓力、光線、溫度、鹽度、運動、姿態等數據，對數據進行分類分析并通過卡爾曼濾波等算法進行數據融合與最優估計，估算出當前出水狀態并不斷更新估算結果，直到得到最優估算結果并檢測確定是否浮出水面。采用卡爾曼濾波算法進行最優估計，結果可靠性較高采用大量傳感器觀測結果數據進行檢測，消除因海面狀況復雜導致的偶然誤差。結構簡單，實現容易，算法較簡單，適合FPGA的并行處理結構及底層設計的特點，且運行速度較快。

技術領域

本發明涉及水下無人航行器技術領域，具體涉及一種水下無人航行器浮出水面檢測方法。

背景技術

AUV、水下滑翔機等水下無人航行器或浮標等水下儀器需要浮出水面進行衛星通信等操作時，有時需要準確檢測是否浮出水面。由于海面情況復雜，且航行器上浮的姿態也存在較大不確定性，航行器浮出水面和離水面較近時傳感器獲取數據容易受到姿態、海況等較多干擾，數據存在較大不確定性，無法通過傳統傳感器檢測是否確切出水，且目前也并沒有準確的檢測方法。

發明內容

本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種消除因海面狀況復雜導致的偶然誤差的水下無人航行器浮出水面檢測方法。

本發明克服其技術問題所采用的技術方案是：

一種水下無人航行器浮出水面檢測方法，水下無人航行器中安裝有溫鹽深傳感器、紅外傳感器、氧含量傳感器、六軸陀螺儀加速度傳感器以及用于采集各個傳感器數據的FPGA處理器，包括如下步驟：

a)當水下無人航行器上浮至離海面10米距離時，溫鹽深傳感器測量深度值為d1；

b)無人航行器在t1時刻內上浮至離海面小于1米時，溫鹽深傳感器測量深度值為d2，通過公式x₁＝10-at1²計算無人航行器的位置估計值x₁，式中a為無人航行器在t1時刻內上浮時的加速度；

c)通過公式計算位置估計值x₁的概率分布x₁′，式中N為正態分布，為位置方差，利用表示無人航行器的速度概率分布，v₁為加速度a積分解算出的速度，為六軸陀螺儀加速度傳感器的噪聲方差；

d)在t1時刻后的t2時刻，通過公式計算位置估計值x₁概率分布x₂′，式中a＝x₁-v₁，通過公式計算溫鹽深傳感器測量的t2時刻的深度值h₂的正態分布h₂′，式中為溫鹽深傳感器中的深度傳感器噪聲誤差方差；

e)跟卡爾曼濾波算法利用公式計算最優估計的概率分布b₂；

f)采用概率分布x₂′和正態分布h₂′的方差作為對數據的可相信權重，利用公式對概率分布b₂進行加權處理得到無人航行器當前位置的最優估計的概率分布c₂′

g)根據公式計算得到無人航行器當前位置的最優估計值c₂；

h)以最優估計值c₂作為當前位置，以nms為采樣時間間隔，重復執行步驟d)至步驟g)對接下來的若干時刻進行迭代運算得到若干位置預測的最優估計值，根據六軸陀螺儀加速度傳感器和溫鹽深傳感器測得的Z軸位置與若干位置預測的最優估計值進行加權求和得到綜合位置預測值d_n；