水下机器人的线地形匹配导航方法技术

本发明专利技术的目的在于提供水下机器人的线地形匹配导航方法，包括以下步骤：采集声学高度计和深度计数据，同时接收惯性导航装置的导航信息，在采集一组数据后，通过惯性导航装置确定海图的匹配范围，利用概率相关的方法确定水下机器人所在的精确位置。将计算出的当前精确的导航信息信息，反馈给主控计算机，完成导航修正。本发明专利技术无需上浮接收GPS信号，无需布设外部声纳基阵，依靠内部传感器即可完成水下精确导航，返回值为导航数据，可以直接运用于水下机器人作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种导航方法，具体地说是水下导航方法。
技术介绍
水下机器人有广泛应用前景，得到了世界各国的高度重视，并取得了长足的发展。由于作业的需要，对水下机器人具备长时间、远距离的作业任务要求越来越高，水下机器人的导航定位精度是其能否顺利完成任务并安全返航的关键。常用于水下机器人的水下导航定位方法包括水声学导航、航位推算导航、惯性导航等。水声学导航需要在海底或支持母船上布置声学基阵，不利于水下机器人的独立作业任务，且导航范围受限。航位推算导航和惯性导航系统在短期内精度较高，但其定位误差随时间积累，长时间水下航行会产生较大的偏差，需要定期上浮接收GPS进行修正，使水下机器人的长时间作业受到了很大的影响，且海上风浪较大时对水下机器人相对较小的载体也是一个巨大的威胁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供不使用GPS等外部传感器、能够实现水下长时间精确导航的。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术，其特征是(I)采集深度 计和声学高度计数据，得到当前位置水深Ii1，此时刻t=h ；(2)通过惯性导航装置获取水下机器人当前大致位置(Xl，Y1);(3)当I^t1+At, ......, tn=t2+n Δ t时,分别采集对应时刻的深度计和声学高度计数据，得到水深数据序列Oi1, h2，……，hn)，即线地形数据，通过从惯性导航装置接收相应时刻水下机器人大致位置的坐标数据，得到相应的大致位置坐标序列((X1, Y1)(χ2. y2)......(χη. yn))；(4)由惯性导航装置提供的大致位置利用6 O原则在海图中提取匹配区域，并提取匹配区域的水深值数据；(5)利用MSD算子对获取的线地形数据和匹配区域中的水深值数据进行匹配运算，得到线地形O^h2,……，hn)对应位置的精确坐标序列(XpY1) (X2, Y2)……(Xn，Yn))，其中(Χη，Υη)为当前时刻水下机器人所处位置的精确位置坐标；(6)将(Xn，Yn)输出，完成导航。本专利技术的优势在于本专利技术无需上浮接收GPS信号，无需布设外部声纳基阵，依靠内部传感器即可完成水下精确导航，返回值为导航数据，可以直接运用于水下机器人作业。附图说明图1为水下机器人线地形匹配装置结构示意图2为地形匹配计算机的密封结构示意图；图3为本专利技术的流程图。具体实施例方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述结合图1 3，水下机器人线地形匹配的装置的组成包括声学高度计1、水压深度计2、PC/104计算机3、PC/104总线AD采集卡4、PC/104总线串口板5、惯性导航装置6、控制舱主控计算机7。同时结合图2，PC/104计算机3、PC/104总线AD采集卡4和PC/104总线串口板5通过总线插接，一起密封于PC/104计算机水密外壳8中，PC/104计算机水密外壳上设置三个水密插头，水密插头9将声学高度计和PC/104总线串口板相连接，水密插头10将压力深度计和PC/104总线AD采集卡相连接，水密插头11引出连线三根，将PC/104计算机4与控制舱主控计算机通过RS-232串行通信连接。将PC/104计算机、PC/104总线AD采集卡和PC/104总线串口板通过总线插接，和惯性导航装置一起密封于PC/104计算机水密外壳中。将线地形匹配导航系统与主控计算机连接。线地形匹配导航系统上电，程序自启动。启动3个任务。任务1:匹配程序初始化，接收惯导装置的初始位置推算数据，声学高度计和深度计初始化，处于待机状态。任务2 :建立串口数据检测线程，等待主控计算机发送的导航修正命令。任务3 :任务3为主任务，机制为激发响应，主控计算机导航修正命令到达，启动声学高度计和深度计采集数据，同时接收惯性导航装置的导航信息。在采集一组数据后，通过惯性导航装置确定海图的匹配范围，利用概率相关的方法确定水下机器人所在的精确位置。将计算出的当前精确的导航信息信息，反馈给主控计算机，完成一次导航修正。本专利技术的流程如下1、主控计算机下达导航修正指令,取此时时刻t=!^，采集深度计和声学高度计数据，得到当前位置水深h2、获取当前惯性导航装置的位置(X1, yi)。3、当I^t1+Δ t, tftp Δ t, ......，tn=t2+nAt,采集对应时刻的深度计和声学高度计数据，结合时刻的数据，得到水深数据序列Ovh2,……，hn)，即线地形数据。通过串口从惯性导航装置接收相应时刻水下机器人大致位置的坐标数据，得到相应的大致位置坐标序列((X1, Yi) (x2，Y2)......(xn，yn))。4、由惯性导航装置提供的大致位置利用6σ原则在海图中提取匹配区域，，并提取匹配区域的水深值数据，σ的取值参考 惯性导航装置的说明书。5、利用MSD算子对获取的线地形数据和匹配区域中的水深值数据进行匹配运算，得到线地形Oi1, h2，……，hn)对应位置的精确坐标序列(X1, Y1) (X2, Y2)……(Xn，Yn))，其中(Xn, Yn)为当前时刻水下机器人所处位置的精确位置坐标。6、将(Xn, Yn)反馈给主控计算机，完成导航修正。本文档来自技高网...

【技术保护点】
水下机器人的线地形匹配导航方法，其特征是：（1）采集深度计和声学高度计数据，得到当前位置水深h1，此时刻t=t1；（2）通过惯性导航装置获取水下机器人当前大致位置(x1,y1)；（3）当t2=t1+Δt，t3=t1+2Δt，……，tn=t2+nΔt时，分别采集对应时刻的深度计和声学高度计数据，得到水深数据序列(h1，h2，……，hn)，即线地形数据，通过从惯性导航装置接收相应时刻水下机器人大致位置的坐标数据，得到相应的大致位置坐标序列（(x1,y1)(x2,y2)……(xn,yn)）；（4）由惯性导航装置提供的大致位置利用6σ原则在海图中提取匹配区域，并提取匹配区域的水深值数据；（5）利用MSD算子对获取的线地形数据和匹配区域中的水深值数据进行匹配运算，得到线地形(h1，h2，……，hn)对应位置的精确坐标序列(X1,Y1)(X2,Y2)……(Xn,Yn)），其中(Xn,Yn)为当前时刻水下机器人所处位置的精确位置坐标；（6）将(Xn,Yn)输出，完成导航。

【技术特征摘要】
1.水下机器人的线地形匹配导航方法，其特征是 (1)采集深度计和声学高度计数据，得到当前位置水深hi，此时刻t=ti； (2)通过惯性导航装置获取水下机器人当前大致位置(Xl，yi)； (3)当I^t1+At,t3=t!+2 Δ t, ......, tn=t2+n Δ t时,分别采集对应时刻的深度计和声学高度计数据，得到水深数据序列Oi1, h2，……，hn)，即线地形数据，通过从惯性导航装置接收相应时刻水下机器人大致位置的坐标数据，得到相应的大致位置坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晔，陈鹏云，陈小龙，姜言清，苏清磊，李一鸣，吴琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：