一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统及方法，涉及潜油机器人定位技术领域；其中，该定位系统包括超短基线定位装置、长基线定位装置、定位信标和罐外控制装置，超短基线定位装置安装在储罐的罐顶，长基线定位装置安装在储罐外壁上，定位信标安装在潜油机器人的机身上；本发明专利技术在储罐上安装超短基线定位装置、长基线定位装置以及在潜油机器人的机身上安装定位信标，分别来对潜油机器人进行定位，得到不同的定位数据，并通过互补滤波算法对两个定位数据进行优化，以消除误差，实现了多源声呐定位信息融合，使定位结果更准确，降低了噪声的影响。降低了噪声的影响。降低了噪声的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统及方法


[0001]本专利技术主要涉及潜油机器人定位
，具体涉及一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统及方法。

技术介绍

[0002]储罐是石油石化领域中极为常见的存储设备，由于内部介质成分的复杂性，使储罐底板极易产生腐蚀现象，从而导致设备的失效。针对这一问题，通常每隔一定周期会对在油储罐底板进行检测与状态评估。但由于储罐底板经常会被各类油品遮盖，常规的检测手段极难顺利实施，通常需要开罐进行停工检修，耗时耗力且增加了成本。
[0003]目前在线检测手段已经较为成熟，利用漏磁、声发射技术以及导波检测技术，并结合智能机器人的储罐底板在线检测机器人的开发被提上日程。但由于环境的特殊性，机器人在封闭液态环境中进行作业，这种不可视环境中亟需一种潜油定位手段来帮助获取机器人的实时位置及状态信息。目前市面上绝大多数水下定位产品难以满足该环境中机器人的定位需要。现有技术中，例如需要在机器人中轴线位置安装4个超声传感器，由于其定位方法的特殊性，该方法所使用的4个传感器的位置需要精确确定，否则会因为安装角度或位置的微小偏差，对定位结果产生较大影响。并且该方法随着储罐直径的增大，产生的定位误差也会逐渐增大，只适合在小型储油罐当中使用。又例如将定位接收换能器安装在储罐外部，此种方法会导致声信号在传播过程中经过罐壁以及罐内油品两种不同形态介质，由于声信号在不同介质中的传播特性不同，以及声信号穿过异质界面的复杂效应，会导致定位难度的增加并影响定位精度。同时，利用信号到达时间差方法来实现机器人定位会出现多值现象，即结果存在模糊，而且在噪声和误差较大的情况下可能会出现无解的情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统及方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统，包括超短基线定位装置、长基线定位装置、定位信标和罐外控制装置，所述超短基线定位装置安装在储罐的罐顶，所述长基线定位装置安装在所述储罐外壁上，所述定位信标安装在潜油机器人的机身上；
[0006]所述定位信标，用于向所述超短基线定位装置和所述长基线定位装置发射定位声源信号；
[0007]所述超短基线定位装置，用于根据所述定位声源信号对所述潜油机器人进行定位解算，得到第一定位数据；
[0008]所述长基线定位装置，用于根据所述定位声源信号对所述潜油机器人进行定位解算，得到第二定位数据；
[0009]所述罐外控制装置，用于利用互补滤波算法对所述第一定位数据和所述第二定位
数据进行优化，得到最终定位结果。
[0010]本专利技术所要解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位方法，包括如下步骤：
[0011]定位信标向所述超短基线定位装置和所述长基线定位装置发射定位声源信号；
[0012]超短基线定位装置根据所述定位声源信号对所述潜油机器人进行定位解算，得到第一定位数据；
[0013]长基线定位装置根据所述定位声源信号对所述潜油机器人进行定位解算，得到第二定位数据；
[0014]罐外控制装置利用互补滤波算法对所述第一定位数据和所述第二定位数据进行优化，得到最终定位结果。
[0015]本专利技术的有益效果是：在储罐上安装超短基线定位装置、长基线定位装置以及在潜油机器人的机身上安装定位信标，分别来对潜油机器人进行定位，得到不同的定位数据，并通过互补滤波算法对两个定位数据进行优化，以消除误差，实现了多源声呐定位信息融合，使定位结果更准确，降低了噪声的影响。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例提供的潜油机器人定位系统的示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的超短基线定位的原理图；
[0018]图3为本专利技术实施例提供的潜油机器人定位方法的流程示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例提供的潜油机器人定位方法的程序实例流程图。
[0020]附图中，各标记所代表的部件名称如下：
[0021]1、罐顶，2、超短基线定位装置，3、长基线定位装置，4、定位信标，5、潜油机器人。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0023]本专利技术所设计的潜油机器人定位系统，采用声学定位技术，融合超短基线和长基线来获取潜油机器人的位置。定位前在潜油机器人机身安装定位信标4，超短基线定位装置布置在储罐罐顶，接收信标定位信息，长基线定位装置安装在罐外，同时对机器人的定位信标4进行定位，来实现潜油机器人位置的矫正与补偿，从而减小定位误差。超短基线和长基线多传感器信息融合的潜油机器人定位系统能够保证很好的定位精度。
[0024]下面通过实施例进行详细介绍：
[0025]实施例1：
[0026]如图1所示，一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统，包括超短基线定位装置2、长基线定位装置3、定位信标4和罐外控制装置，所述超短基线定位装置2安装在储罐的罐顶1，所述长基线定位装置3安装在所述储罐外壁上，所述定位信标4安装在潜油机器人5的机身上；
[0027]所述定位信标4，用于向所述超短基线定位装置2和所述长基线定位装置3发射定位声源信号；
[0028]所述超短基线定位装置2，用于根据所述定位声源信号对所述潜油机器人5进行定位解算，得到第一定位数据；
[0029]所述长基线定位装置3，用于根据所述定位声源信号对所述潜油机器人5进行定位解算，得到第二定位数据；
[0030]所述罐外控制装置，用于利用互补滤波算法对所述第一定位数据和所述第二定位数据进行优化，得到最终定位结果。
[0031]该定位系统中所有处于罐内的部件均采用防爆设计，具有良好的防爆隔爆能力。
[0032]应理解地，超短基线定位装置2是一种水下定位技术，被普遍应用于海洋石油勘探开发、海洋打捞等海洋生产开发方面。长基线定位装置3是一种用于信息科学与系统科学、工程与技术科学基础学科、信息与系统科学相关工程与技术、自然科学相关工程与
的物理性能测试仪器。
[0033]具体地，所述超短基线定位装置2和所述长基线定位装置3与罐外控制装置可以通过无线或有线的方式进行电连接，传输数据。
[0034]上述实施例中，在储罐上安装超短基线定位装置2、长基线定位装置3以及在潜油机器人5的机身上安装定位信标4，分别来对潜油机器人5进行定位，得到不同的定位数据，并通过互补滤波算法对两个定位数据进行优化，以消除误差，实现了多源声呐定位信息融合，使定位结果更准确，降低了噪声的影响。
[0035]在上述实施例的基础上，所述超短基线定位装置2还用于在定位解算前对初始数据进行数据补偿处理；
[0036]所述长基线定位装置3还用于在定位解算前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统，其特征在于，包括超短基线定位装置、长基线定位装置、定位信标和罐外控制装置，所述超短基线定位装置安装在储罐的罐顶，所述长基线定位装置安装在所述储罐外壁上，所述定位信标安装在潜油机器人的机身上；所述定位信标，用于向所述超短基线定位装置和所述长基线定位装置发射定位声源信号；所述超短基线定位装置，用于根据所述定位声源信号对所述潜油机器人进行定位解算，得到第一定位数据；所述长基线定位装置，用于根据所述定位声源信号对所述潜油机器人进行定位解算，得到第二定位数据；所述罐外控制装置，用于利用互补滤波算法对所述第一定位数据和所述第二定位数据进行优化，得到最终定位结果。2.根据权利要求1所述的多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统，其特征在于，所述超短基线定位装置还用于在定位解算前对初始数据进行数据补偿处理；所述长基线定位装置还用于在定位解算前对初始数据进行数据补偿处理。3.根据权利要求1所述的多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统，其特征在于，所述超短基线定位装置包括超短基线换能器基阵和第一定位装置；所述超短基线换能器基阵包括三个超短基线换能器，所述三个超短基线换能器以等腰直角三角形安装在储罐的罐顶处；所述第一定位装置用于：以超短基线换能器A1作为坐标原点建立xoy坐标轴，超短基线换能器A2位于x轴上，超短基线换能器A3位于y轴上，形成等腰直角三角形，并设所述定位信标位于S处，坐标为(x1,y1,z1)，z1坐标为储罐的罐深，S1为S在xoy平面的投影，根据空间几何关系，得到超短基线换能器接收定位声源信号的相位差表达式、θ角表达式和所述定位信标的水平斜距，所述相位差表达式为：其中，为超短基线换能器A1与超短基线换能器A2所接收定位声源信号的相位差，为超短基线换能器A3与超短基线换能器A2接收定位声源信号的相位差，d为基线长度，且d≤λ/2，α为S与x轴的夹角，β为S与y轴的夹角；所述θ角表达式为：其中，θ为S1与x轴的夹角；所述定位信标的水平斜距为：根据所述相位差表达式、所述θ角表达式和所述定位信标的水平斜距得到所述定位信标的第一定位数据，所述第一定位数据为：
其中，c为油中声速，Δt为从定位信标发射定位声源信号到超短基线换能器接收定位声源信号的时间差。4.根据权利要求3所述的多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统，其特征在于，所述长基线定位装置包括长基线换能器基阵和第二定位装置；所述长基线换能器基阵包括四个长基线换能器；所述四个长基线换能器间隔且环绕一周的安装在所述储罐外壁上；所述第二定位装置用于：设(X
i
,Y
i
,Z
i
)为第i个换能器的坐标，其中，i＝1,2,3,4，则第i个换能器与所述定位信标之间的距离为：将第1个长基线换能器作为参考换能器，则所述定位信标到第j个换能器与到参考换能器之间的距离差为：其中，j＝2,3,4，v为定位声源信号在介质中的传播速率，R
j
为第j个换能器与所述定位信标之间的距离，τ
j.1
为定位声源发射定位声源信号到达参考换能器和到达第j个换能器之间的时间差；将第i个换能器与定位信标之间的距离和定位声源到第j个换能器与到参考换能器之间的距离差组成方程组，求解所述方程组得到声源坐标为(x2,y2,z2)，z2坐标为储罐的罐深。5.根据权利要求1至4任一项所述的多源声呐定位信息融合的潜油机器人定位系统，其特征在于，所述罐外控制装置具体用于：通过互补滤波公式对所述第一定位数据和所述第二定位数据进行优化，得到最终定位结果，所述互补滤波公式为：x＝μx1+(1
‑
μ)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚平，曹旦夫，王军防，刘保余，王浩霖，李皓，吴尚书，矫捷，陈鹏，张春，余红梅，韩烨，马云修，李健，倪广地，戴群雄，
申请(专利权)人：国家管网集团东部原油储运有限公司，
类型：发明
国别省市：