[发明专利]一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法

说明书

本发明提出一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，包括洋流补偿阶段和航位推算阶段。本发明根据试验数据给出了深平均流与深度的线性拟合公式，能够给出不同深度下的深平均流预测值，提高了滑翔机在不同深度剖面下的航位推算精度。而且本发明在由垂直速度计算水平速度的过程中将攻角的因素也考虑了进去，使用俯仰角和攻角差值来计算水平速度，相较于其他只依赖于俯仰角求解水平速度的方法来说能够针对不同的滑翔机平台进一步提高航位推算的精度。

技术领域

本发明涉及一种水下滑翔机的定位方法，具体说是一种基于洋流补偿条件下进行航位推算的水下滑翔机被动定位方法。

背景技术

水下滑翔机是一种将浮标、潜标技术与水下机器人技术相结合而研制出的一种无外挂、依靠自身重力驱动的新型水下航行器。其主要特点是：不带螺旋桨推进系统，通过调节滑翔机净浮力，实现上下沉浮运动，附于机身的水平机翼产生斜向上、或斜向下的升力，操纵滑翔机向前滑翔。水下滑翔机克服了水下航行器功率大、航行时间短的缺点，大大降低了运行成本和制造成本，提高了续航时间，在军事上和海洋探索研究上非常有实用价值。

发明内容

要解决的技术问题

由于水下滑翔机平台电力有限且体积小，搭载能力较差，面对水下定位问题很难像AUV一样通过搭载DVL和水声定位系统来确定其运动轨迹，大部分滑翔机都只能依靠罗盘、GPS和深度计信息来完成水下航位推算，其难点在于如何提高推算的精度，本发明给出了一种考虑攻角对水平速度计算的影响和不同深度下深平均流大小变化关系的洋流补偿下的航位推算方法，能够在信息有限的条件下确保航位推算的精度。

技术方案

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，通过该方法可以实现水下滑翔机在水下滑翔过程中的粗定位。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种在洋流补偿下进行航位推算的水下滑翔机定位方法，包括洋流补偿阶段和航位推算阶段：

1、在洋流补偿阶段，由于实验区域的深平均流未知而表面流已知，本发明将表面流C₀作为洋流初始参考值，之后根据每次出水时实际出水位置与理论出水位置的矢量差对上一个剖面的深平均流进行估计，并结合任务深度对下一剖面深度下的深平均流做出预测。

2、在航位推算阶段，由深度计得到每一时刻的深度值，通过计算得到滑翔机在k时刻的垂直速度；由姿态传感器得到每一时刻的航向角、俯仰角与横滚角；通过给定滑翔机的升力与阻力系数求得滑翔机运动时的攻角；在第k时刻，根据垂直速度、俯仰角及攻角数据得到滑翔机的水平速度；根据水平速度和航向角得到滑翔机的北向速度和东向速度；将k时刻所处深度下洋流预测值分解为北向速度和东向速度并得到洋流预测值与滑翔机的北向合速度和东向合速度；根据北向合速度和东向合速度得到第k时刻的北向位移和东向位移；根据k时刻下的北向位移和东向位移计算出经纬度增量从而得出该时刻下的经纬度推算值。

该方法的流程如图1所示，步骤如下：

步骤1：根据第i-1个剖面的实际入水点、实际出水点的GPS信息和理想出水点的位置信息得到滑翔机所在区域的该剖面深度h_i-1下的深平均流速度C_i-1和流向

步骤2：根据深度h_i-1下的深平均流信息，通过深平均流大小随剖面深度变化的数据拟合曲线得到第i个剖面在任务深度h_i下的深平均流速度预测值C_i，假设连续两个剖面的时间范围内洋流流向不发生变化，可以得到第i个剖面下的深平均流流向。

步骤3：将深平均流速度预测值C_i分解得到洋流的北向速度C_iN和东向速度C_iE。

步骤4：根据滑翔机所搭载深度计的数据计算出k时刻的垂直速度。