專利名稱：水下機(jī)器人的線地形匹配導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種導(dǎo)航方法，具體地說(shuō)是水下導(dǎo)航方法。
背景技術(shù)：
水下機(jī)器人有廣泛應(yīng)用前景，得到了世界各國(guó)的高度重視，并取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于作業(yè)的需要，對(duì)水下機(jī)器人具備長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的作業(yè)任務(wù)要求越來(lái)越高，水下機(jī)器人的導(dǎo)航定位精度是其能否順利完成任務(wù)并安全返航的關(guān)鍵。常用于水下機(jī)器人的水下導(dǎo)航定位方法包括水聲學(xué)導(dǎo)航、航位推算導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航等。水聲學(xué)導(dǎo)航需要在海底或支持母船上布置聲學(xué)基陣，不利于水下機(jī)器人的獨(dú)立作業(yè)任務(wù)，且導(dǎo)航范圍受限。航位推算導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在短期內(nèi)精度較高，但其定位誤差隨時(shí)間積累，長(zhǎng)時(shí)間水下航行會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，需要定期上浮接收GPS進(jìn)行修正，使水下機(jī)器人的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)受到了很大的影響，且海上風(fēng)浪較大時(shí)對(duì)水下機(jī)器人相對(duì)較小的載體也是一個(gè)巨大的威脅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供不使用GPS等外部傳感器、能夠?qū)崿F(xiàn)水下長(zhǎng)時(shí)間精確導(dǎo)航的水下機(jī)器人的線地形匹配導(dǎo)航方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明水下機(jī)器人的線地形匹配導(dǎo)航方法，其特征是(I)采集深度 計(jì)和聲學(xué)高度計(jì)數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前位置水深I(lǐng)i1，此時(shí)刻t=h ；(2)通過(guò)慣性導(dǎo)航裝置獲取水下機(jī)器人當(dāng)前大致位置(Xl，Y1);(3)當(dāng)I^t1+At, ......, tn=t2+n Δ t時(shí),分別采集對(duì)應(yīng)時(shí)刻的深度計(jì)和
聲學(xué)高度計(jì)數(shù)據(jù)，得到水深數(shù)據(jù)序列Oi1, h2，……，hn)，即線地形數(shù)據(jù)，通過(guò)從慣性導(dǎo)航裝置接收相應(yīng)時(shí)刻水下機(jī)器人大致位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的大致位置坐標(biāo)序列((X1, Y1)(χ2. y2)......(χη. yn))；(4)由慣性導(dǎo)航裝置提供的大致位置利用6 O原則在海圖中提取匹配區(qū)域，并提取匹配區(qū)域的水深值數(shù)據(jù)；(5)利用MSD算子對(duì)獲取的線地形數(shù)據(jù)和匹配區(qū)域中的水深值數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配運(yùn)算，得到線地形O^h2,……，hn)對(duì)應(yīng)位置的精確坐標(biāo)序列(XpY1) (X2, Y2)……(Xn，Yn))，其中(Χη，Υη)為當(dāng)前時(shí)刻水下機(jī)器人所處位置的精確位置坐標(biāo)；(6)將(Xn，Yn)輸出，完成導(dǎo)航。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明無(wú)需上浮接收GPS信號(hào)，無(wú)需布設(shè)外部聲納基陣，依靠?jī)?nèi)部傳感器即可完成水下精確導(dǎo)航，返回值為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，可以直接運(yùn)用于水下機(jī)器人作業(yè)。


圖1為水下機(jī)器人線地形匹配裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為地形匹配計(jì)算機(jī)的密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 3，水下機(jī)器人線地形匹配的裝置的組成包括聲學(xué)高度計(jì)1、水壓深度計(jì)2、PC/104計(jì)算機(jī)3、PC/104總線AD采集卡4、PC/104總線串口板5、慣性導(dǎo)航裝置6、控制艙主控計(jì)算機(jī)7。同時(shí)結(jié)合圖2，PC/104計(jì)算機(jī)3、PC/104總線AD采集卡4和PC/104總線串口板5通過(guò)總線插接，一起密封于PC/104計(jì)算機(jī)水密外殼8中，PC/104計(jì)算機(jī)水密外殼上設(shè)置三個(gè)水密插頭，水密插頭9將聲學(xué)高度計(jì)和PC/104總線串口板相連接，水密插頭10將壓力深度計(jì)和PC/104總線AD采集卡相連接，水密插頭11引出連線三根，將PC/104計(jì)算機(jī)4與控制艙主控計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232串行通信連接。將PC/104計(jì)算機(jī)、PC/104總線AD采集卡和PC/104總線串口板通過(guò)總線插接，和慣性導(dǎo)航裝置一起密封于PC/104計(jì)算機(jī)水密外殼中。將線地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)與主控計(jì)算機(jī)連接。線地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)上電，程序自啟動(dòng)。啟動(dòng)3個(gè)任務(wù)。任務(wù)1:匹配程序初始化，接收慣導(dǎo)裝置的初始位置推算數(shù)據(jù)，聲學(xué)高度計(jì)和深度計(jì)初始化，處于待機(jī)狀態(tài)。任務(wù)2 :建立串口數(shù)據(jù)檢測(cè)線程，等待主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的導(dǎo)航修正命令。任務(wù)3 :任務(wù)3為主任務(wù)，機(jī)制為激發(fā)響應(yīng)，主控計(jì)算機(jī)導(dǎo)航修正命令到達(dá)，啟動(dòng)聲學(xué)高度計(jì)和深度計(jì)采集數(shù)據(jù)，同時(shí)接收慣性導(dǎo)航裝置的導(dǎo)航信息。在采集一組數(shù)據(jù)后，通過(guò)慣性導(dǎo)航裝置確定海圖的匹配范圍，利用概率相關(guān)的方法確定水下機(jī)器人所在的精確位置。將計(jì)算出的當(dāng)前精確的導(dǎo)航信息信息，反饋給主控計(jì)算機(jī)，完成一次導(dǎo)航修正。本發(fā)明的流程如下1、主控計(jì)算機(jī)下達(dá)導(dǎo)航修正指令,取此時(shí)時(shí)刻t=!^，采集深度計(jì)和聲學(xué)高度計(jì)數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前位置水深h2、獲取當(dāng)前慣性導(dǎo)航裝置的位置(X1, yi)。3、當(dāng)I^t1+Δ t, tftp Δ t, ......，tn=t2+nAt,采集對(duì)應(yīng)時(shí)刻的深度計(jì)和聲學(xué)高度
計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合時(shí)刻的數(shù)據(jù)，得到水深數(shù)據(jù)序列Ovh2,……，hn)，即線地形數(shù)據(jù)。通過(guò)串口從慣性導(dǎo)航裝置接收相應(yīng)時(shí)刻水下機(jī)器人大致位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的大致位置坐標(biāo)序列((X1, Yi) (x2，Y2)......(xn，yn))。4、由慣性導(dǎo)航裝置提供的大致位置利用6σ原則在海圖中提取匹配區(qū)域，，并提取匹配區(qū)域的水深值數(shù)據(jù)，σ的取值參考 慣性導(dǎo)航裝置的說(shuō)明書(shū)。5、利用MSD算子對(duì)獲取的線地形數(shù)據(jù)和匹配區(qū)域中的水深值數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配運(yùn)算，得到線地形Oi1, h2，……，hn)對(duì)應(yīng)位置的精確坐標(biāo)序列(X1, Y1) (X2, Y2)……(Xn，Yn))，其中(Xn, Yn)為當(dāng)前時(shí)刻水下機(jī)器人所處位置的精確位置坐標(biāo)。6、將(Xn, Yn)反饋給主控計(jì)算機(jī)，完成導(dǎo)航修正。
權(quán)利要求
1.水下機(jī)器人的線地形匹配導(dǎo)航方法，其特征是 (1)采集深度計(jì)和聲學(xué)高度計(jì)數(shù)據(jù)，得到當(dāng)前位置水深hi，此時(shí)刻t=ti； (2)通過(guò)慣性導(dǎo)航裝置獲取水下機(jī)器人當(dāng)前大致位置(Xl，yi)； (3)當(dāng)I^t1+At,t3=t!+2 Δ t, ......, tn=t2+n Δ t時(shí),分別采集對(duì)應(yīng)時(shí)刻的深度計(jì)和聲學(xué)高度計(jì)數(shù)據(jù)，得到水深數(shù)據(jù)序列Oi1, h2，……，hn)，即線地形數(shù)據(jù)，通過(guò)從慣性導(dǎo)航裝置接收相應(yīng)時(shí)刻水下機(jī)器人大致位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的大致位置坐標(biāo)序列(U1, Y1)(χ2. y2)......(χη. yn))； (4)由慣性導(dǎo)航裝置提供的大致位置利用6σ原則在海圖中提取匹配區(qū)域，并提取匹配區(qū)域的水深值數(shù)據(jù)； (5)利用MSD算子對(duì)獲取的線地形數(shù)據(jù)和匹配區(qū)域中的水深值數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配運(yùn)算，得到線地形Oi1, h2，……，hn)對(duì)應(yīng)位置的精確坐標(biāo)序列(XpY1) (X2, Y2)……(Xn，Yn))，其中(Xn, Yn)為當(dāng)前時(shí)刻水下機(jī)器人所處位置的精確位置坐標(biāo)； (6)將(Χη，Υη)輸出，完成導(dǎo)航。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供水下機(jī)器人的線地形匹配導(dǎo)航方法，包括以下步驟采集聲學(xué)高度計(jì)和深度計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收慣性導(dǎo)航裝置的導(dǎo)航信息，在采集一組數(shù)據(jù)后，通過(guò)慣性導(dǎo)航裝置確定海圖的匹配范圍，利用概率相關(guān)的方法確定水下機(jī)器人所在的精確位置。將計(jì)算出的當(dāng)前精確的導(dǎo)航信息信息，反饋給主控計(jì)算機(jī)，完成導(dǎo)航修正。本發(fā)明無(wú)需上浮接收GPS信號(hào)，無(wú)需布設(shè)外部聲納基陣，依靠?jī)?nèi)部傳感器即可完成水下精確導(dǎo)航，返回值為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，可以直接運(yùn)用于水下機(jī)器人作業(yè)。
文檔編號(hào)G01C21/16GK103047984SQ20131001281
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者李曄, 陳鵬云, 陳小龍, 姜言清, 蘇清磊, 李一鳴, 吳琪 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)