[发明专利]一种水下智能脐带缆定位系统及对潜水员进行定位的方法

说明书

本发明涉及一种水下智能脐带缆定位系统及对潜水员进行定位的方法，定位系统，主要由水面终端、电缆、脐带及安装于脐带上的若干个水下节点组成，每个水下节点均包括用于检测该水下节点三轴姿态角以及加速度并进行处理的惯性测量单元、用于检测该水下节点当前位置水深的深度计、用于对惯性测量单元和深度计的数据进行处理并将数据传输到水面部分的数据计算与传输模块；水面终端包括计算单元、用于获得各水下节点GPS或北斗坐标的坐标接收器和用于为水下节点、计算单元和坐标接收器供电的电源模块。

技术领域

本发明涉及一种水下智能脐带缆定位系统及对潜水员进行定位的方法。

背景技术

如图1所示，潜水员在水下使用管供式潜水装具进行水下作业时均使用脐带连接到水面，脐带的作用是由水面提供呼吸气体、通讯等功能。众所周知，潜水员在水下作业时风险较高，最重要的一点是无法准确掌握潜水员在水下的准确位置。

目前，针对潜水员在水下的定位主要通过声学手段，如超短基线进行定位。但由于一般的声学设备都固定布置在船上，使用不够灵活，对水深要求较高，同时声学定位还容易受到环境噪声的干扰(如水生信道的多途效应)、反射和障碍物等，应用范围及灵活性受到极大限制。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种水下智能脐带缆定位系统及对潜水员进行定位的方法，它能够实现潜水员水下的精准定位，而且该系统不依赖于声学定位，显示位置的同时，还能够显示脐带的形状，进一步提高水下安全；将惯性测量单元和二次Bezier曲线进行结合，并通过信任域优化算法进行数值求解，实现精确定位其采用的技术方案如下：

一种水下智能脐带缆定位系统，其特征在于：主要由水面终端、电缆、脐带及安装于脐带上的若干个水下节点组成，所述水下节点沿脐带分布，所述水下节点之间通过电缆连接，由电缆提供电力以及数据传输；

每个水下节点均包括用于检测该水下节点三轴姿态角以及加速度的惯性测量单元、用于检测该水下节点当前位置水深的深度计、用于对惯性测量单元和深度计的数据进行处理并将数据传输到水面部分的数据计算与传输模块；

所述水面终端包括计算单元、用于获得各水下节点GPS或北斗坐标的坐标接收器和用于为水下节点、计算单元和坐标接收器供电的电源模块。

一种利用上述水下智能脐带缆定位系统对潜水员进行定位的方法，其特征在于：

步骤S1,坐标接收器获得各水下节点的准确GPS或北斗坐标，设水面终端为U₀，由此向下水下节点依次为U₁，U₂，···，U_M；

步骤S2,首先通过U₀的准确坐标，计算出U₁的坐标，再在U₁坐标的基础上计算出U₂，依次往下计算，直到最终的潜水员头部节点。

在上述技术方案基础上，所述步骤S2具体为：

a)坐标系设为世界坐标系，U₀的坐标P₀(t)可由坐标接收器准确地获得，所估算的U₁，U₂，···，U_M的位置均相对于U₀；测得U₀的坐标P₀(t)和朝向H₀(t)，设相邻水下节点之间脐带的长度为L，且不可伸长，所述长度L事先可确定；

b)通过U₁的深度计测得U₁所处深度Z₁(t)，通过U₁的惯性测量单元测得U₁的加速度和朝向H₁(t)；

c)U₁的修正坐标P₁′(t)的获得，其分为以下两步：