[發明專利]一種水下定位方法及其系統

在審

• 申請號: 202011429874.0
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN114609620A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 劉士頔;董玉明;張亮;劉維;焦國華;呂建成
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01S11/14
• 分類號: G01S11/14;G01H9/00
• 代理公司: 深圳智趣知識產權代理事務所(普通合伙) 44486
• 代理人: 崔艷崢

本發明提供了一種水下定位方法及其系統，其中水下定位系統包括：光信號處理裝置、海底光纜和待定位目標。海底光纜的一端連接光信號處理裝置，并由光信號處理裝置控制光源發出光信號，在預先布設的海底光纜中傳播。待定位目標中設置有振動源，通過振動源產生聲波信號作用在海底光纜沿線。本發明提供的一種水下定位方法及其系統，不需要使用多個振動源，通過單個振動源就可以完成定位過程，不需要待定位目標上浮獲取GPS定位信號，就可以獲取待定位目標的絕對位置，也不需要母船跟隨行動，在海洋探測中節約了船時，同時能顯著地降低成本開銷。

技術領域

本發明屬于水下定位領域，具體涉及一種水下定位方法及其系統，特別是一 種精確、快速定位，并且成本較低的水下定位方法及其系統。

背景技術

水下自主航行器(Autonomous Underwater Vehicles，AUV)作為一種具有水 下運動靈活性、水下隱蔽性與集群工作能力的新興海洋設備，可完成海底勘探、 水下設施維護與水下參數數據采集等多項水下任務。為了高效精確地完成水下作 業，對AUV的精確定位是一項重中之重的任務。

現有的AUV海下導航定位技術主要是基于自身攜帶傳感器的方式，利用了純 慣導系統，并融合了多普勒測速儀與航姿參考系統等輔助設備。由于慣性導航系 統的固有缺點，其定位誤差隨著航行時間的增加而不斷累積，逐漸喪失定位導航 精確度。同時，不同于陸上系統，水中的航行嚴重受到水流的影響，海洋水流的 連續波動會進一步加快慣性導航系統誤差累積，這種誤差累積效應甚至能達到系 統標稱誤差的千倍以上。

為了解決這一問題，研究者提出通過外界信息校正的方式，其中一種方法利 用了GPS系統來校正AUV的絕對位置，但由于電磁波信號無法穿透水體，因此對 于海洋作業的AUV，類似于GPS這種定位方法只能在海洋洋面附近進行定位，這使 得AUV的隱蔽性降低同時中斷了進行中的任務。另一種解決方法是通過聲學定位 傳感器的方法，通過預先布設水面浮標或者水底沉標來實現絕對位置定位。但是 這種方式需要大量作業船只放置信標參照物，作業成本很高且十分耗時。

目前主流的定位方式為結合外校正與AUV自身傳感器的聯合定位方式。專利 CN111595348 A公開了一種AUV組合導航系統的主從式協同定位方法，通過主AUV 廣播自身的位置信息，從AUV根據聲速和時延獲取兩者時間的相對距離，進而有 主AUV利用測速信息、測距信息對任意的從AUV進行協同定位，修正兩者之間的 距離，減少AUV定位的誤差。專利CN 111595348 A公開的基于AUV的主從式協同 定位方法中，多個AUV可以在每個定位周期通過AUV之間進行信息共享，利用聲 速和時延獲取兩者時間的相對距離使各個AUV的定位精度達到相同量級，在一定 程度上恢復定位能力。然而，目前AUV主要的工作場景中通常只需要一個AUV即 可完成水下作業任務，采用該專利中介紹的方法則需要額外定制的用于定位的 AUV，產生了極高的額外成本；同時，該協同定位方法并不能完全校正絕對誤差， 為了控制誤差發散，該方法仍需要主AUV定期上浮獲取GPS定位信息，這將中斷 水下任務的執行。

專利CN 110057365 A公開了一種大潛深AUV下潛定位方法。這種方法中AUV 搭載了水下通信節點、慣導系統和溫鹽深傳感器，通過結合水面母船與水下AUV 通信發送的坐標系位置信息及時間信息與AUV記錄的慣導信息及溫鹽深傳感信息 構建一個AUV與母船的距離模型，再融合母船自身的定位信息完成對定位誤差的 在線校正，但是在海洋調查中應用船時有限，母船的成本花銷十分巨大。

綜上所述，現有技術的水下定位方法成本高、為了維持相對精度仍需上浮校 正，所以需要對現有技術做出改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水下定位方法及其系統，光源向海底光纜發出光 信號，振動源發出聲波信號作用在海底光纜的光信號上，并結合海底光纜施工路 由圖實現待定位目標的定位。

為實現上述目的，本發明提供的一種水下定位方法包括以下步驟：