[实用新型]一种水下机器人多设备组合导航系统

说明书

一种水下机器人多设备组合导航系统，全球卫星定位系统在水下机器人未下潜前或上浮后实时获得水下机器人的绝对位置信息和速度信息；多普勒计程仪在水下机器人布放入水后实时获得水下机器人对水底的绝对速度信息和离底高度信息；深度计实时输出的水下机器人航行深度信息，海流计实时输出海流速度和方向；推进电机实时输出推进电机转速，可根据理论或实际航行验证得到推进电机转速与水下机器人静水下航速信息；捷联惯性导航装置接收全球卫星定位系统、多普勒计程仪、深度计、海流计、推进电机输出的相关信息后经过组合导航融合算法并读取电子海图的地图信息，实时输出水下机器人位置信息、姿态信息和速度信息，形成水下机器人精确导航定位信息。

技术领域

本实用新型属于海洋装备领域，涉及水下机器人导航技术，特别涉及一种水下机器人多设备组合导航系统。

背景技术

由于海洋海面下环境恶劣，人类的潜水深度受到海水外压等因素影响只能在一定深度内下潜，潜水作业深度有限，水下机器人日益成为海洋资源勘探、海洋生物研究、海洋环境观测、水下目标搜寻与救助打捞等开发海洋的重要工具。

导航设备是水下机器人获取自身定位信息、实现路径规划和导航的基础设备之一，与陆基和空中使用的机器人不同，由于无线电波在水中传播衰减迅速，传统的卫星导航无法在水下机器人装备中使用。

目前水下机器人大多采用惯性导航装置、计程仪、全球卫星定位系统、声学定位系统等设备进行导航定位，声学定位系统需要外界船只跟踪或海域中有较多的声定位信标配合，声学定位作业距离有限，限制了水下机器人使用的灵活性且提高了水下机器人的保障要求，但惯性导航装置在无其他导航设备补偿时定位误差随着水下机器人在水下航行时间逐步累积和发散，因此水下机器人惯性导航装置一般与计程仪配合使用；计程仪在一定水深范围正常打底时输出的速度误差较小，但随着水下机器人向深远海航行，计程仪将无法打底而切换成对流工作模式，对流工作模式时计程仪测试精度急剧下降，直接影响计程仪与惯性导航装置的组合导航定位精度；目前大多水下机器人会采取上浮至水面通过全球卫星定位系统进行校准以消除水下长时间航行带来的导航误差，但由于需要频繁上浮和下潜，将浪费水下机器人能源和有效作业时间，同时降低了水下机器人的隐蔽性。

因此水下机器人长时间在水下自主航行，若需要减少上浮至水面带来的隐蔽性降低、能源消耗增加和作业时间减少，高精度的组合导航技术始终是水下机器人在大深度海域航行需要解决的主要关键技术之一。

CN 110044378A记载了一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法，包括全球定位系统模块、捷联惯性导航接收模块、多普勒计程仪、地形地磁传感器、信息融合滤波模块、导航解算模块，所述全球定位系统模块用于在载体入水前确定载体速度、位置及姿态信息；捷联惯性导航接收模块用于在载体入水后测量载体速度、位置及姿态信息；多普勒计程仪用于测量载体速度，地形地磁传感器用于测量载体的位置、姿态信息；信息融合滤波模块用于对捷联惯性导航接收模块输出的载体速度、位置及姿态信息与多普勒计程仪、地形地磁传感器输出的载体速度、位置及姿态信息进行融合、滤波校正；导航解算模块用于将捷联惯性导航接收模块输出的数据和融合校正处理后的数据进行解算处理，得到准确的导航速度、位置、姿态信息。

CN 110068331A记载了一种水下导航定位设备及系统，包括：水听器、处理器以及声源发生器；声源发生器预先固定在水下设备所在水域内的指定位置处，声源发生器用于发送调制声波信号，调制声波信号中携带有发送所述调制声波信号的时间信息；水听器设置在水下设备的外表面上，水听器用于探测声源发生器发送的调制声波信号；处理器与水听器电连接，处理器用于根据水听器接收的调制声波信号中的时间信息确定声源发生器与水听器间的距离，根据声源发生器的位置信息以及声源发生器与水听器间的距离，确定水下设备的水下位置。