[发明专利]一种AUV平台的远程状态跟踪与控制方法和系统

说明书

本发明提供一种AUV平台的远程状态跟踪与控制方法和系统，该系统由水声通信MODEM‑A、通信MODEM‑B与超短基线阵、卫星通信模块、卫星通信模块和显控平台构成。该方法联合利用水声通信测距与超短基线测向功能，实现AUV在运行过程中实时更新自己的位置信息。AUV水下航行过程中，启动AUV端通信MODEM‑A发射定位信号，水下基站端超短基线阵接收到定位信号并完成水平角及俯仰角的测定后将测向结果通过水下基站端水声通信MODEM‑B发送到AUV端。本发明中，超短基线阵安装在水下基站端的设计方法，即降低AUV平台端的安装负担，又降低了AUV端信号处理的复杂性。

技术领域

本发明属于水声技术及通信技术领域，主要是一种AUV平台的远程状态跟踪与控制方法和系统。

背景技术

随着各种水下测量传感器技术和水下自主航行器技术的发展，AUV平台可携带传感器设备、多波束声纳设备、侧扫声纳设备来实现水文环境信息的测量、地形的勘测、数据记录等。715研究所开展了AUV平台水下接驳技术的研究工作，可实现AUV平台水下充电、数据交互等工作，这为AUV平台长时间水下执行任务奠定了基础。通常，AUV平台水下运行过程中的状态跟踪与控制通过水声通信MODEM实现，AUV端通信声纳将AUV平台端惯导数据传递给船基平台端，船基端通信声纳进行解码实现状态跟踪，然而，由于海洋环境的复杂性，AUV平台长时间水下航行时，惯导数据偏离严重，并不能实现精准地对AUV平台水下运动状态跟踪。另外，使用水声通信对AUV进行状态跟踪时，需要通过船只进行船基端通信声纳的反复收放，成本较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种AUV平台的远程状态跟踪与控制方法和系统，是一种联合利用卫星通信、水声通信与超短基线阵实现水下AUV平台的远程状态跟踪与控制技术，实现AUV平台的远程、全方位、高精度的跟踪与控制。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。本发明所述的这种AUV平台的远程状态跟踪与控制系统，包括岸基显控中心端、水下基站浮标端、水下基站端、AUV平台端及水声通信与定位系统工作协议，其中，岸基显控中心端包括卫星通信模块及显控平台；水下基站浮标端包括浮标和卫星通信模块；水下基站端包括接驳站平台、接驳站控制中心、超短基线阵和MODEM-B；AUV平台端包括MODEM-A和AUV控制中心；水声通信与定位系统工作协议包括定位信号设计、远程状态跟踪与控制系统工作流程。

本发明所述的这种AUV平台的远程状态跟踪与控制方法，具体步骤为：实现AUV平台远程状态跟踪与控制工作时，由岸基显控中心端通过卫星通信模块对水下基站浮标端下达AUV状态问询命令，水下基站端通信声纳向AUV端发射问询信号，AUV端接收到问询信号后进行应答并在应答信号中携带AUV端的状态参数信息及定位用信号，利用AUV端发射的应答信号，水下基站端超短基线完成AUV方位测定，水下基站端通信声纳完成AUV与水下基站端距离测定并解析AUV端的状态参数信息，最后，水下基站端将结果汇总后发送给水下基站浮标端，由水下基站浮标端通过卫星通信模块将汇总结果发送至岸基端显控中心；实现AUV平台回站充电及数据交互工作时，岸基显控中心端通过卫星通信模块对水下基站浮标端下达AUV回站命令，水下基站浮标端通过水下基站端的通信声纳将AUV回站命令发送至AUV平台端，AUV平台收到回站命令后开启回站工作模式，此时，AUV平台端主动发射定位信号，由水下基站端超短基线模块完成AUV方位测定后将结果发送给AUV平台端和岸基端显控中心端，AUV平台端解析测向结果并完成距离测定，最后将距离与方位信息整理打包后传递给AUV控制中心，进而指导AUV平台修正运动轨迹、反复测定AUV平台与水下基站间相对距离与位置关系、AUV到达水下基站端并完成对接等过程。

本发明的有益效果为：本发明应用于AUV平台能够远程、全方位、高精度的实现AUV平台的轨迹跟踪与控制，同时可实现惯导数据提供的运动轨迹、超短基线与水声通信联合定位的运动轨迹同时监测。本发明应用于AUV平台，能够远程控制AUV平台在不出水情况下完成能源补给、数据导出等工作，从而降低了AUV平台反复收放的成本，提高了AUV平台应用的空间。