[发明专利]多关节水下无人潜行器变基线三维空间定位方法

说明书

多关节水下无人潜行器变基线三维空间定位方法，包括：步骤1，根据水听器阵列上阵元和潜标声源的信号，获得潜标声源发出的声波到达水听器的时间迟延，进而计算出多关节水下无人潜行器的水听器阵列上每个水听器至潜标声源的斜距；步骤2，根据步骤1得到的结果、多关节水下无人潜行器的尺寸、各关节的转角，计算得到多关节水下无人潜行器的基线的长度L、俯仰角α和偏航角γ；步骤3，根据步骤1和2得到的结果，以及几何坐标关系建立单潜标、变基线长度的多关节水下航行器上水听器位置求解的数学模型，计算得到每个水听器的三维坐标的两组解，再通过多解判别算法求出真解，得到水听器在大地坐标系下的真实坐标，即获得多关节水下无人潜行器的三维空间坐标。

技术领域：

本发明属于无人机、无人潜行器等自主运动、自主导航系统的无关节或多关节的声学定位技术领域，具体涉及自主导航技术、无缆单潜标技术、可变基线长度定位技术、多关节无人潜行器技术、无缆水下机器人技术、水声定位方法。

背景技术：

水下无人潜行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)是应用于深海自然资源(如热液、冷泉或油田的勘探)、海底电缆或海洋观测网铺设、水下施工和作业等领域的重要装备，准确地发现水下或海底重要自然资源的三维立体空间分布位置以及其它施工或作业对象的三维立体空间位置的水声定位技术研究和开发，对于国家的深海大洋资源发现以及深海开发和作业，有着重要的战略和应用价值。因此，深海水下无人潜行器的精确定位技术是大国间激烈竞争的尖端技术。由于海水对光波和电波的强烈吸收的特性，而全球定位技术(Global Positioning Systems,GPS)只能对海水表面以上空气中的目标进行定位。由于声波是压力波，在海水中传播远，衰减慢，故已成为水下探测、目标识别与信息传递的主要手段。

现有的水下定位技术，如超短基线、短基线和长基线(Ultra-short Baseline，USBL，Short Baseline，SBL，Long Baseline，LBL)定位系统，是相对成熟的深海定位技术。但是，超短基线和短基线定位系统，定位精度较低；长基线定位系统定位精度较高，但是需要在海底布置长基线，施工难度极大且成本高。另外，现有的水下定位技术的最重要的缺陷是：不能应用于基线长度随时都在变化的多关节水下无人潜行器的深海定位。而多关节水下无人潜行器是满足深海混合区域勘探时，转弯半径小、具有一定垂直爬升能力，机动性强的能够实现区域三维精细化海底物理参数探测的无人潜行器。多关节无人潜行器的精细化高精度三维空间定位，则需要开发新的定位方法和技术。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述局限性，提供一种多关节水下无人潜行器变基线三维空间定位方法。

本发明提出了针对深海多关节无人潜行器空间定位的单潜标、变基线长度的水声定位方法，通过在海底布放单个潜标声源，利用多关节无人潜行器携带的水听器阵列、多普勒计程仪、三轴陀螺仪、深度计、温盐深仪等仪器输出的参数，构成深海多关节AUV的高精度三维空间定位方法和系统，为深海区域的精细化探测提供多关节AUV的空间坐标。

本发明的多关节水下无人潜行器变基线三维空间定位方法，所采用的设备包括安装在多关节AUV本体上的水听器阵列、布置在海底的单潜标声源；

具体实施步骤包括：

步骤1，计算水听器至潜标的斜距。