【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及潜水器对接，尤其是一种水下双级分布式基线导引对接系统及其对接方法。
技术介绍
1、载人潜水器在海洋开发、地质勘探、打捞救援等任务中扮演着重要的角色。由于载人潜水器的承载资源能力有限，为了减少载人潜水器不必要的上浮下潜，节约水下作业时间，保障载人潜水器作业的顺利进行，其通常需要与穿梭运载器完成水下对接，进行物资补给和必要时的安全逃生。
2、目前通常应用光学和声学技术进行对接系统的设计，并存在以下缺陷：由于水下信道中，电磁波随传播距离的衰减较大，无法远距离传播，因此基于光觉、视觉的对接系统仅可应用于近距离对接场景，且此类系统的应用受海水水质的影响较大。声波是迄今为止人类发现的水下唯一有效的信息载体，对于声学对接设备，常见的有基于长基线和超短基线的对接系统。其中长基线系统需要预先布设水下基准并进行基准的位置标定，系统较为复杂，作业时间成本较大。超短基线虽具有较小的体积，但因其需要安装于潜器外部，会对小型潜器的行驶、作业产生不利影响。因此高实用性、高精度的水下对接系统的研究具有重要的意义。
技术实现思路
1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下双级分布式基线导引对接系统及其对接方法，从而可以高精度地完成穿梭运载器和载人潜水器的对接工作，系统结构简单，安装方便，空间成本小。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种水下双级分布式基线导引对接系统，包括双级导引子系统和潜器通信子系统，双级导引子系统安装在穿梭运载器上，潜器通信
4、所述双级导引子系统的结构为：包括一级分布式基线、二级分布式基线、信号处理机箱、一号罗经和一号显示控制平台，一级分布式基线的换能器固定安装在对接通道的裙口周围，二级分布式基线的换能器固定安装在对接通道的舱门周围，信号处理机箱、一号罗经和一号显示控制平台固定安装于穿梭运载器的艇内；
5、所述潜器通信子系统的结构为：包括收发合置换能器、通导一体化数据处理机箱、二号罗经和二号显示控制平台，收发合置换能器固定安装在对接平台的舱门周围，通导一体化数据处理机箱、二号罗经和二号显示控制平台固定安装于水下载人潜水器内。
6、其进一步技术方案在于：
7、一级分布式基线和二级分布式基线与信号处理机箱通过水密电缆进行连接。
8、一级分布式基线和二级分布式基线的接收信号输出端与信号处理机箱接收信号输入端连接，一级分布式基线和二级分布式基线的发射信号输入端与信号处理机箱发射信号输出端连接；一号罗经的姿态数据输出端与信号处理机箱的姿态数据输入端连接，信号处理机箱与一号显示控制平台通过数据总线连接。
9、信号处理机箱内置发射信号驱动单元、接收信号处理单元和位置姿态控制单元，发射信号驱动单元可驱动分布式基线中的收发合置换能器发射通导一体化信号，接收信号处理单元可对一级分布式基线、二级分布式基线和一号罗经的数据进行处理，位置姿态控制单元可实现对救生艇位置和姿态的实时控制，一号显示控制平台可实时显示处理结果和下达作业指令。
10、收发合置换能器与通导一体化数据处理机箱通过水密电缆进行连接收发合置换能器发射信号输入端与通导一体化数据处理机箱发射信号输出端连接，收发合置换能器接收信号输出端与通导一体化数据处理机箱接收信号输入端连接，二号罗经的姿态数据输出端与通导一体化数据处理机箱的姿态数据输入端连接，通导一体化数据处理机箱与二号显示控制平台通过数据总线连接，通导一体化数据处理机箱内置发射信号驱动单元和接收信号处理与应答单元，发射信号驱动单元可驱动收发合置换能器发射通导一体化信号，接收信号处理与应答单元可对收发合置换能器和二号罗经的输出数据进行处理，同时可以检测询问信号生成通导一体化应答信号，二号显示控制平台可实时显示处理结果和下达作业指令。
11、一级分布式基线至少包括两个接收换能器和一个收发合置换能器，二级分布式基线至少包括两个接收换能器和一个收发合置换能器。
12、双级导引子系统和潜器通信子系统的时钟处于同步状态。
13、一种水下双级分布式基线导引对接系统的对接方法，包括如下过程：
14、第一级为长程引导过程，对接起始阶段穿梭运载器和载人潜水器距离相对较远，此过程由双级导引子系统中的一级分布式基线与潜器通信子系统相互周期性通信，互传对接双方姿态数据，并进行测距工作；信号处理机箱中接收信号处理单元利用一级分布式基线各基元的测距结果，根据基线尺度，自动匹配短基线或超短基线定位算法，完成穿梭运载器和载人潜水器之间相对位置的解算，信号处理机箱中位置姿态控制单元根据穿梭运载器和载人潜水器的相对位置与相对姿态，控制穿梭运载器靠近载人潜水器，直至载人潜水器对接平台舱门进入穿梭运载器对接通道裙口，然后进入二级对接工作；
15、第二级为精准对接过程，由于遮挡原因，一级分布式基线不再能够与潜器通信子系统进行信息交互，此时换由双级导引子系统中的二级分布式基线与潜器通信子系统相互周期性通信，互传双方姿态数据，进行测距工作，进而完成穿梭运载器和载人潜水器之间相对位置的解算，信号处理机箱中位置姿态控制单元根据穿梭运载器和载人潜水器的相对位置与相对姿态，缓慢调整穿梭运载器位置的同时，精细调整对接通道姿态，完成对接通道舱门与对接平台舱门的精确对接，对接工作结束。
16、对接过程中，水下载人潜水器坐稳于水底，水下载人潜水器的位置和姿态保持不变，方便对接工作的开展。
17、对接工作采用两种发起模式：
18、对接工作可由穿梭运载器发起，对接系统工作于主动协助模式，完成双方的两级对接工作：首先，信号处理机箱整合当前时刻穿梭运载器姿态数据，实时生成用于询问载人潜水器的通导一体化信号，由信号处理机箱内置的信号驱动单元驱动一级分布式基线中的收发合置换能器，周期发射生成的询问信号；当潜器通信子系统成功检测到询问信号后，由通导一体化数据处理机箱整合当前时刻载人潜水器的姿态数据，实时生成通导一体化应答信号并发射，双级导引子系统检测到应答信号后，完成相对位置和相对姿态的解算，进行两级对接工作；
19、对接工作可由载人潜水器发起，对接系统工作于被动求救模式，完成双方的两级对接工作：首先，通导一体化数据处理机箱整合当前时刻载人潜水器的姿态数据，实时生成通导一体化信号，并周期发射，双级导引子系统检测到载人潜水器发射的信号后，完成相对位置和相对姿态的解算，进行两级对接工作；
20、通导一体化信号包含两个部分，分别为测距信号和通信数据包，一帧信号可同时完成距离测量和姿态数据的传输。
21、本专利技术的有益效果如下：
22、本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，在穿梭运载器外部根据对接口大小形状安装声学换能器构成分布式基线，利用分布式基线与水下载人潜水器外部安装的换能器进行信息交互，测量双方的相对位置和姿态，高精度地完成穿梭运载器和水下载人潜水器的对接工作，系统结构简单，安装方便，空间成本小。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：包括双级导引子系统(1)和潜器通信子系统(2)，双级导引子系统(1)安装在穿梭运载器(9)上，潜器通信子系统(2)安装在水下载人潜水器(15)上；
2.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：一级分布式基线(3)和二级分布式基线(4)与信号处理机箱(5)通过水密电缆进行连接。
3.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：一级分布式基线(3)和二级分布式基线(4)的接收信号输出端与信号处理机箱(5)接收信号输入端连接，一级分布式基线(3)和二级分布式基线(4)的发射信号输入端与信号处理机箱(5)发射信号输出端连接；一号罗经(6)的姿态数据输出端与信号处理机箱(5)的姿态数据输入端连接，信号处理机箱(5)与一号显示控制平台(7)通过数据总线连接。
4.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：信号处理机箱(5)内置发射信号驱动单元、接收信号处理单元和位置姿态控制单元，发射信号驱动单元可驱动分布式基线中的收发合置换能器发射通
5.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：收发合置换能器(10)与通导一体化数据处理机箱(11)通过水密电缆进行连接收发合置换能器(10)发射信号输入端与通导一体化数据处理机箱(11)发射信号输出端连接，收发合置换能器(10)接收信号输出端与通导一体化数据处理机箱(11)接收信号输入端连接，二号罗经(12)的姿态数据输出端与通导一体化数据处理机箱(11)的姿态数据输入端连接，通导一体化数据处理机箱(11)与二号显示控制平台(13)通过数据总线连接，通导一体化数据处理机箱(11)内置发射信号驱动单元和接收信号处理与应答单元，发射信号驱动单元可驱动收发合置换能器(10)发射通导一体化信号，接收信号处理与应答单元可对收发合置换能器(10)和二号罗经(12)的输出数据进行处理，同时可以检测询问信号生成通导一体化应答信号，二号显示控制平台(13)可实时显示处理结果和下达作业指令。
6.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：一级分布式基线(3)至少包括两个接收换能器和一个收发合置换能器，二级分布式基线(4)至少包括两个接收换能器和一个收发合置换能器。
7.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：双级导引子系统(1)和潜器通信子系统(2)的时钟处于同步状态。
8.一种如权利要求1所述的水下双级分布式基线导引对接系统的对接方法，其特征在于：包括如下过程：
9.如权利要求8所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统的对接方法，其特征在于：对接过程中，水下载人潜水器(15)坐稳于水底，水下载人潜水器(15)的位置和姿态保持不变，方便对接工作的开展。
10.如权利要求8所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统的对接方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：包括双级导引子系统(1)和潜器通信子系统(2)，双级导引子系统(1)安装在穿梭运载器(9)上，潜器通信子系统(2)安装在水下载人潜水器(15)上；
2.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：一级分布式基线(3)和二级分布式基线(4)与信号处理机箱(5)通过水密电缆进行连接。
3.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：一级分布式基线(3)和二级分布式基线(4)的接收信号输出端与信号处理机箱(5)接收信号输入端连接，一级分布式基线(3)和二级分布式基线(4)的发射信号输入端与信号处理机箱(5)发射信号输出端连接；一号罗经(6)的姿态数据输出端与信号处理机箱(5)的姿态数据输入端连接，信号处理机箱(5)与一号显示控制平台(7)通过数据总线连接。
4.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：信号处理机箱(5)内置发射信号驱动单元、接收信号处理单元和位置姿态控制单元，发射信号驱动单元可驱动分布式基线中的收发合置换能器发射通导一体化信号，接收信号处理单元可对一级分布式基线(3)、二级分布式基线(4)和一号罗经(6)的数据进行处理，位置姿态控制单元可实现对救生艇位置和姿态的实时控制，一号显示控制平台(7)可实时显示处理结果和下达作业指令。
5.如权利要求1所述的一种水下双级分布式基线导引对接系统，其特征在于：收发合置换能器(10)与通导一体化数据处理机箱(11)通过水密电缆进行连接收发合置换能器(10)发射信号输...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊，胡中惠，刘超，谢飞，李玲珑，高成君，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：
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