[发明专利]一种用于AUV自主对接潜标的水平航路解算方法

说明书

本发明提供了一种用于AUV自主对接潜标的水平航路解算方法，涉及水下航行器领域，本发明依据声传感器探测出的潜标相对AUV的航向角信息，采用追踪法向潜标航行得到航向指令，在一获悉潜标开口方位后，依据AUV相对于潜标所处态势，确定AUV的航向调整区域，依据航向调整区域，执行对应的航向指令，依据声传感器探测出的潜标相对AUV的航向角信息，采用追踪法向潜标航行，直至AUV与潜标完成对接；本发明本由于采用了航路分段细分的技术方案，综合考虑了AUV探测能力及航行性能，流程简单明确，易控制实现，较好的解决了AUV水下自主对接潜标的航路规划技术问题。

技术领域

本发明涉及水下航行器领域，尤其是一种水平对接航路解算方法。

背景技术

潜标是一种可长期锚系于海底的探测设备，可布放在敏感海区，长期监测收集附近海况信息、隐蔽探测过往的外来目标信息等。在不暴露潜标位置信息的条件下，定期或不定期提取潜标存储的数据，可通过AUV(Autonomous Underwater Vehicle，无人自主水下航行器)与潜标对接实现数据传递。

AUV是具有一定自主能力的无人水下航行器，通常采用尾部鳍舵与推进器布局的操纵形式，其中，推进器用于提供AUV航行推力，鳍舵用于操纵AUV在垂直平面爬升、下潜及水平面调整航向。AUV自主对接是AUV依据自身搭载的声传感器探测出潜标方位，并自主调整航向，最终实现与潜标的对接过程。AUV与潜标的对接过程不仅要求AUV自主航行到潜标附近，还要求AUV在对接时自身纵轴与潜标的开口方向呈平行状态，通常声传感器在水下的探测范围成扇面状，且探测距离较远时对潜标只能作点处理，不能分辨潜标开口方向。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种AUV自主对接潜标的水平航路解算方法，是依据AUV探测能力及航行性能确定其水平航路解算的方法，具体是一种适用于尾部鳍舵与推进器布局的AUV定点定向精确导引的水平对接航路解算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的详细步骤如下：

步骤一：依据声传感器探测出的潜标相对AUV的航向角信息，AUV采用追踪法向潜标航行，航向指令如下：

Ψ′＝Ψ+Δq (1)

式(1)中，Ψ′表示下一时间步的AUV航向指令，Ψ为当前时间步的AUV航向角，Δq表示潜标相对AUV纵轴的夹角；

AUV依据式(1)指令靠近潜标，直至距潜标距离小于L₁时，转步骤二，其中，L₁为AUV声传感器可分辨出潜标开口方位的最大距离值；

步骤二：AUV在步骤一获悉潜标开口方位后，依据AUV相对于潜标所处态势，确定AUV的航向调整区域，具体判定原则如下：

其中，

式(2)和(3)中，ΔΨ表示AUV相对于潜标开口方位的水平态势，Ψ₁表示AUV 处于相向区域的界限值，Ψ₂表示AUV处于背向区域的界限值，Ψ_H表示潜标开口方位， Q表示AUV声传感器探测范围扇面角，q₁表示AUV避免碰撞潜标的最小提前角，L₂表示保证AUV可实现与潜标精确对接的最短直线距离，R表示AUV的回转半径，v表示 AUV的航速，T表示AUV的单次操舵时间周期；

步骤三：依据步骤二中判定的AUV所处的航向调整区域，执行对应的航向指令，具体对应三种情况：