[发明专利]一种UUV抵近海底作业的定高航行系统及航行方法

说明书

技术领域

本发明属于UUV定高航行领域，尤其涉及UUV在执行海底勘测任务时能够实现避开海底障碍同时保持与包括障碍在内的海底定高航行的，一种UUV抵近海底作业的定高航行系统及航行方法。

背景技术

当UUV执行海底地形、地貌勘测任务时，一般都要求UUV与海底保持一定的高度航行，以获得好的勘测效果。特别地，与海底保持的高度越近，勘测效果越好。目前，比较多的采用的是UUV地形跟踪作业方式，这是一种纯定高航行方式。以地形跟踪作业时，为了避免UUV与海底相撞，通常都使UUV距离海底的高度都比较大，目的是使海底的起伏均处于UUV的下方，这样UUV只需要单纯的保持对下方海底的一定高度航行，但是距离海底的高度较大也造成了地形跟踪作业对海底勘测的效果不理想的问题。因此，为了获得好的海底勘测效果，就必须要UUV进行抵近海底的定高航行作业。但是，由于海底地形起伏不定，UUV在抵近海底作业的过程中容易碰撞上突起的海底地形、海底山峰等障碍物，这就需要UUV必须具备对海底障碍的避碰能力。另外，海底障碍物也是海底地形、地貌的一部分，也是需要UUV进行勘测的，这就要求UUV在避开障碍物的同时不能有较大的高度变化，即也尽量的是UUV保持对海底障碍物的定高航行，以更有利于对海底障碍的勘测。

发明内容

本发明的目的是提供能够避碰的同时定高航行的，一种UUV抵近海底作业的定高航行系统。本发明的目的还包括能够安全、稳定的进行定高航行的，一种UUV抵近海底作业的定高航行方法。

一种UUV抵近海底作业的定高航行系统，包括左前探测声纳、右前探测声纳、深度计、测高声纳、障碍信息融合模块、避碰高度解算模块、高度指令生成模块、高度与深度指令转换模块、深度控制器、执行机构；

左前探测声纳和右前探测声纳用于探测障碍距离，将左前探测声纳探测到的障碍距离r_L和右前探测声纳探测到的障碍距离r_R，传送到障碍信息融合模块；

测高声纳用于采集UUV的实际高度h_R，传送给高度与深度指令转换模块；

深度计用于采集UUV的实际深度d_R，分别传送给深度控制器和高度与深度指令转换模块；

障碍信息融合模块根据接收到的信息得到最近障碍距离r_O，传送给避碰高度解算模块；

避碰高度解算模块根据最近障碍距离r_O解算出避碰高度h_O，传送给高度指令生成模块；

高度指令生成模块根据期望高度h_P和避碰高度h_O相加得到高度指令h_C，传送给高度与深度指令转换模块；

高度与深度指令转换模块根据接收的高度指令h_C、实际高度h_R和实际深度d_R产生深度指令d_C，传送给深度控制器；

深度控制器根据接收的深度指令d_C和实际深度d_R产生深度偏差，根据深度偏差产生控制指令，对UUV执行机构进行控制。

本发明一种UUV抵近海底作业的定高航行系统还可以包括：

1、左前探测声纳和右前探测声纳对称安装在UUV的艏部两侧，深度计和测高声纳分别安装于UUV的腹部，测高声纳的波束方向为UUV的下方。

2、左前探测声纳和右前探测声纳的波束中心分别位于UUV的纵中剖面两侧并且分别与纵中剖面的夹角为15度，左前探测声纳和右前探测声纳的波束中心分别与水平面的夹角为45度。

一种UUV抵近海底作业的定高航行方法，包括以下几个步骤：

步骤一：左前探测声纳和右前探测声纳用于探测障碍距离，测高声纳用于采集UUV的实际高度h_R，深度计用于采集UUV的实际深度d_R，根据左前探测声纳探测到的障碍距离r_L和右前探测声纳探测到的障碍距离r_R，得到最近障碍距离r_O：

r_O＝min(r_L·cosα·cosβ,r_R·cosα·cosβ)

其中，α表示每个探测声纳的波束中心与水平面的夹角，β表示每个探测声纳的波束中心与UUV纵中剖面的夹角；

步骤二：根据最近障碍距离r_O解算出避碰高度h_O：