判断水下航行器相对于水下结构的位置和方向制造技术

本发明专利技术披露了可用于扫描水下结构的方法和系统。例如，所述方法和系统判断水下航行器相对于水下结构的位置和方向，例如通过引导声波声纳波朝向水下结构并处理由所述水下结构反射的声波声纳波以产生所述结构的三维图像。该三维图像的数据点与所述水下结构的在先存在的三维模型进行比较。根据比较结果，可以确定水下航行器相对于水下结构的位置和方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】判断水下航行器相对于水下结构的位置和方向本申请要求申请日为2010年10月25日、专利技术名称为“ESTIMATING POSITION ANDORIENTATION OF AN UNDERWATER VEHICLE RELATIVE TO UNDERWATER STRUCTURES” 的美国临时申请N0.61/406，424的优先权，并且该专利文献在此以其全文形式被结合入本文作为引用。
本专利技术涉及由扫描水下结构来采集声纳数据，以便获得有关水下航行器相对于水下结构的位置和方向的信息。
技术介绍
存在许多水下结构和其它设备，可能需要对所述水下结构和其它设备有更好的了解。这种更好的了解可能对例如获得水下航行器的位置和方向信息，例如用于导航目的是有用的。目前检查水下结构的方法包括利用潜水员、远程操纵潜水器(ROV)和自主式水下航行器(AUV)进行检查。
技术实现思路
本专利技术披露了一种可用于扫描水下结构的方法和系统，以便对水下结构有更好的了解，例如，以便避免水下航行器与水下结构的碰撞以及引导检查、维修和操纵水下结构。本文所述的方法和系统可用于扫描任何类型的水下结构。例如，水下结构包括人造物体，例如海洋石油平台支撑结构和支柱和油井类设备，以及自然物体例如水下山脉，并且可包括全部或部分在水下的结构。水下结构还可以包括固定的和非固定的结构，例如在水下环境中可能经受漂移。一般地说，水下结构表示为任何具有深度变化的任意三维结构并且可具有不同的复杂性。当在本文中使用时，术语水下包括任何类型的水下环境，其中可能探明有水下结构并且可能需要利用本文所述的系统扫描所述水下结构，包括但不限于咸水地点例如海和洋以及淡水地点。在一个实施例中，披露了一种判断(估计)水下航行器相对于水下结构的位置和方向(姿态)的方法，包括引导声波声纳(波)朝向水下结构，和由将声波声纳(波)导向水下结构来接收响应。声波声纳被设置为基于三维图像的声纳，其中某频率的脉冲为接收器提供数据以便生成三维图像。也就是说，数据点是由通过将声波声纳(波)导向水下结构接收到的响应而获得的，其中数据点被设置成提供水下结构的三维图像。所获得的数据点与水下结构的在先存在的三维模型进行比较。根据比较结果，可以确定关于水下航行器相对于水下结构的位置和方向。在一些情况，希望具有声纳传感器系统，所述声纳传感器系统可以在水下航行器上执行判断(估计)位置和方向的方法。水下航行器是例如自主式水下航行器(AUV)和远程操纵水下航行器(潜水器)(ROV)中的一种。当在本文中使用时，ROV是远程操纵潜水器(水下航行器)，由线缆栓系至主机例如水面船只。ROV是无人的并由主机(船)上的操纵员操作。系缆可在主机和ROV之间来回传送例如电力(取代或补充自含式系统上的电池电源)、视频和数据信号。当在本文中使用时，AUV是自主式水下航行器，是无人驾驶的并且不被栓系至主航行器(vessel)。关于声纳系统，在一个实施例中，所述用于判断(估计)水下航行器相对于水下结构的位置和方向的系统包括在水下航行器上的传感器。传感器被设置成引导声波声纳(波)朝向水下结构。所反射的声波声纳(波)被处理成三维图像。数据存储器设置在水下航行器上，其被设置成接收来自传感器的响应。数据处理器也存在于水下航行器上。数据处理器被设置成从数据存储器获得传感器数据点，其中数据点被设置成提供水下结构的三维图像。处理器被设置成将数据点与水下结构的在先存在的三维模型进行比较。根据比较结果，处理器被设置成确定水下航行器相对于水下结构的位置和方向。【附图说明】图1示出了用于判断(估计)水下航行器相对于水下结构的位置和方向的方法的一个实施例的流程图。图2示出了将来自声纳响应的信息与水下结构的在先存在的模型进行比较的一个实施例的流程图，其可被应用于图1所示的方法。图3示出了从声纳响应获得的信息的过滤过程的流程图，其可被应用于图1所示的方法。图4示出了用于判断(估计)水下航行器相对于水下结构的位置和方向的系统的示图。【具体实施方式】图1示出了用于判断(估计)水下航行器相对于水下结构的位置和方向的方法10的一个实施例的流程图。一般，所述方法通过利用水下航行器的惯性导航能力连同基于特征的传感器例如声纳成像传感器、和将由所述传感器取回的数据与水下结构的在先存在的三维模型进行比较的处理器来进行。在许多情况，这可以经常以约一秒和有时候更短的时间实时进行。例如，发送3D声纳脉冲、从其接收数据、过滤数据、和将其与在先模型对准(比对)可在约I秒或更短的时间完成。方法10包括引导声波声纳(波)朝向水下结构。在引导声波声纳(波)后，在步骤12由将声波声纳(波)导向水下结构接收到响应。例如，在步骤12，声纳波从所述结构被反射并被接收。应当理解，所接收到的声波声纳波由声纳处理成三维图像，即声纳是三维(3D)成像声纳。3D成像声纳可以是任何3D声纳，由单个传送的声纳脉冲或声纳脉冲信号的反射的声纳信号形成3D图像。合适的3D声纳的一个示例是从Coda Octopus Products可购得的Coda Octopus Echoscope。应当理解,3D声纳可被设置成指向水下结构，以便它可在水下结构发送声纳脉冲并可被定向成相对于纵向(垂直方向)成不同的希望的角度并距离水下结构有(不同的希望的)距离。应当理解，惯性导航系统是已知的，并且用于确定水下航行器的位置、方向和速率(例如，运动的方向和速度)。惯性导航系统可包括多普勒速度计程仪(DVL)，所述多普勒速度计程仪(DVL)面向下用于确定速率，但应当理解，惯性导航系统可以是可确定位置、方向和速率(例如，运动的方向和速度)的任何系统。合适的惯性导航系统的一个示例是可从Kearfott Corporation 购得的 SEADe Vil?一旦三维成像声纳接收到响应，在步骤14获得数据点，其被设置成提供水下结构的三维图像。随后在步骤16，数据点与水下结构的在先存在的三维模型进行比较。关于比较步骤16，在一个实施例中，通过将数据与在先存在的三维模型进行匹配的迭代过程使来自3D声纳的响应与水下结构的在先存在的三维图像对准。在一些实施例中，该迭代过程是基于来自单个3D声纳脉冲(信号)的数据，但应当理解可使用多个3D声纳脉冲(信号)。根据比较结果，在步骤18确定水下航行器相对于水下结构的位置和方向并可以进行更新。关于在先存在的三维模型，假定有在先存在的三维模型可用于与由3D声纳取回的数据进行比较。应当理解，在先存在的三维模型的来源可以不同。在一个示例中，在先存在的三维模型存在于开始判断(估计)水下航行器的位置和方向的时候，例如从计算机辅助的设计软件可得的电子文档。例如，当水下结构的第一参考模型用于执行模型结构的后来比较时，情况可能是这样。在其它示例中，在生成水下结构的三维图像或更新位置和方向后有在先存在的三维模型可用，这由步骤12、14、16和18的第一次迭代进行。通过匹配第一次迭代的模型或其它先前的迭代进一步更新位置、方向和模型结构的随后的迭代可用作在先存在的三维模型用于随后接收到的声纳数据。也就是说，在一些情况，在最初开始时，第一参考可能来自于已经存在可用的电子文档，并且一旦3D声纳取回了数据，针对位置和方向的随后的更新可用于进一步比较。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种判断水下航行器相对于水下结构的位置和方向的方法，包括：引导声波声纳波朝向水下结构；接收从所述水下结构反射的声波声纳波；从由所述水下结构反射的声波声纳波获得3D数据点，所述3D数据点被设置成提供所述水下结构的三维图像；将所获得的数据点与所述水下结构的在先存在的三维模型进行比较；和根据比较结果，确定水下航行器相对于所述水下结构的位置和方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.25 US 61/406,424;2011.10.25 US 13/280,8431.一种判断水下航行器相对于水下结构的位置和方向的方法，包括: 引导声波声纳波朝向水下结构； 接收从所述水下结构反射的声波声纳波； 从由所述水下结构反射的声波声纳波获得3D数据点，所述3D数据点被设置成提供所述水下结构的三维图像； 将所获得的数据点与所述水下结构的在先存在的三维模型进行比较；和 根据比较结果，确定水下航行器相对于所述水下结构的位置和方向。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水下结构是非固定的。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述水下航行器是自主式水下航行器和远程操纵水下航行器中的一种。4.根据权利要求1所述的方法，其中获得所述3D数据点的步骤包括过滤从所述声波声纳波接收到的3D数据点。5.根据权利要求1所述的方法，其中比较所述3D数据点的步骤包括将来自单个声波声纳脉冲的数据点的样本与所述水下结构的在先存在的三维模型对准。6.根据权利要求5所述的方法，其中对准步骤包括对...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·H·德布伦纳，A·K·费廷格尔，C·L·贝克，
申请(专利权)人：洛克希德马丁公司，
类型：
国别省市：