CN101907462A - 小型水下航行器组合导航装置及位置校正方法 - Google Patents

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王其
徐晓苏
张自嘉
杨常松
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Abstract

本发明公布了一种小型水下航行器组合导航装置及位置校正方法，所述装置由光纤罗经、多普勒速度仪、水下卫星信号收发器、多串口卡和导航计算机组成。所述方法包括如下步骤：1)事先在预定海域布置已知位置信息的声纳定位基准站；2)水下航行器上的水下卫星信号收发器向声纳定位基准站系统发射水声定位信号，形成水下声通信链路；3)水下航行器船基数据控制中心将各声纳位置基准系统的声纳信号进行计算得到水下航行器的位置。本发明装置体积小、重量轻、精度稳定性高，可以用于以海底资源勘探、海底测量、海底抢险为目的的水下航行器。

Description

小型水下航行器组合导航装置及位置校正方法
技术领域
本发明设计一种水下航行器组合导航系统装置及位置校正方法，特别适用于以水下资源勘探、海底测量、海底抢险等目的的水下航行器。
背景技术
小型水下航行器在军事和民用海洋开发方面具有广阔的应用前景，小型水下航行器可以完成海洋资源勘探、海底测量、海底打捞、抢险等工作，因此必须具有远距离、长时间、高精度的导航能力。受到航行器自身体积、重量、能源使用条件的限制及水介质的特殊性、军事隐蔽性等因素的影响，实现水下航行器的精确导航是一项艰难的任务。
对于水下航行器导航通常可以使用惯性导航系统、声纳导航系统、卫星导航系统以及多普勒导航系统。通常可以采用卫星定位系统和水声定位系统和水声导航定位系统的船级基集成实现全球坐标系统下的水下组合导航，该方案成为松散耦合方式。即通过水面船只链接卫星定位系统和水下声学系统，卫星定位系统测量船只的全球空间位置，水下声线定位系统测量水下目标与船只的相对坐标，通过坐标变换，求解水下目标在全球范围内的空间坐标。所有的卫星定位系统与水下声线系统组合系统都属于松散耦合系统。与之相对应的就是将卫星导航定位系统直接作为水声定位系统的一部分进行设计，完全集成到水声定位系统内部。卫星定位系统不仅需要提供空间位置，还需要提供其他相关的信息，一旦卫星定位系统不能工作，水声定位系统也不能够独立工作，这种模式称为紧耦合集成。水下卫星系统和卫星智能浮标系统都是紧耦合集成系统。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种小型水下航行器组合导航装置及位置校正方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明小型水下航行器组合导航装置，由光纤罗经、多普勒速度仪、水下卫星信号收发器、多串口卡和导航计算机组成，其中光纤罗经通过多串口卡为导航计算机提供横摇角、纵摇角和航向角信息，多普勒速度仪通过多串口卡为导航计算机提供水下航行器相对海底的速度信息，当导航一段时候后，导航计算误差较大，水下航行器在无需浮出水面接收卫星定位信号的情况下，通过水下卫星信号收发器直接在水下接收卫星定位信号。
所述水下卫星信号收发器安装在水下航行器上，水下卫星信号收发器与已知位置的声纳定位基准站通过水下声通信链路连接。
小型水下航行器组合导航装置的位置校正方法，包括以下步骤：
1)事先在预定海域布置已知位置信息的声纳定位基准站，所述位置信息包括经度、纬度和高度信息；
2)水下航行器上的水下卫星信号收发器向声纳定位基准站系统发射水声定位信号，形成水下声通信链路；
3)水下航行器船基数据控制中心将各声纳位置基准系统的声纳信号进行计算得到水下航行器的位置。
所述声纳定位基准站位于海底、海面或者海水中央。
本发明装置体积小、重量轻、精度稳定性高，可以用于以海底资源勘探、海底测量、海底抢险为目的的水下航行器。
附图说明
图1为水下航行器导航部分构成图。
图中标号：光纤罗经1、多普勒速度仪2、水下卫星信号收发器3、多串口卡4、导航计算机5。
图2为本发明硬件系统总体构成图。
图中标号：卫星星座6、差分卫星基准站7、卫星浮标系统8、水下导航收发机9、船基数据控制中心10、海面无线电通信链路11、水下声通信链路12。
具体实施方式
如图1所示，本发明小型水下自主组合导航装置，由光纤罗经1、多普勒速度仪2、卫星信号收发器3、多串口卡4和导航计算机PC1045组成，其中光纤罗经1通过多串口卡4为导航计算机5提供横摇角、纵摇角和航向角信息，多普勒速度仪2通过多串口卡4为导航计算机5提供水下航行器相对海底的速度信息，当导航一段时候后，导航计算误差累计较大，水下航行器在无需浮出水面接收卫星定位信号的情况下，通过水下卫星信号收发器3直接在水下接收卫星定位信号，节省了航行器浮出水面和下潜时间，从而节约了能源，提高了水下航行器的可用性。
如图2所示，所述水下卫星信号收发器3安装在水下航行器7上，水下卫星信号收发器3与已知位置的声纳定位基准站6通过水下声通信链路8连接。
所述的小型水下航行器组合导航装置的位置校正方法，包括以下步骤：
1)事先在预定海域布置已知位置信息的声纳定位基准站6，所述位置信息包括经度、纬度和高度信息；
2)水下航行器7上的水下卫星信号收发器3向声纳定位基准站系统6发射水声定位信号，形成水下声通信链路8；
3)水下航行器船基数据控制中心将各声纳位置基准系统6的声纳信号进行计算得到水下航行器的位置。
所述声纳定位基准站6位于海底、海面或者海水中央。
本发明具体实施时，分别将光纤罗经、多普勒速度仪、水下卫星信号收发器、通过多串口卡连接，多串口卡再以PC104总线的方式与导航计算机连接，形成水下组合导航装置。水下航行器下潜阶段通过光纤罗经和多普勒速度仪提供的速度信息和姿态角航向信息进行导航，得到水下航行器的位置信息，在导航一段时间后，累计误差较大时，利用水下卫星信号接收器接收卫星提供的位置信息进行重调校正。

Claims (4)

1.一种小型水下航行器组合导航装置，其特征在于由光纤罗经(1)、多普勒速度仪(2)、水下卫星信号收发器(3)、多串口卡(4)和导航计算机(5)组成，其中光纤罗经(1)通过多串口卡(4)为导航计算机(5)提供横摇角、纵摇角和航向角信息，多普勒速度仪(2)通过多串口卡(4)为导航计算机(5)提供水下航行器相对海底的速度信息，当导航一段时候后，导航计算误差较大，水下航行器在无需浮出水面接收卫星定位信号的情况下，通过水下卫星信号收发器(3)直接在水下接收卫星定位信号。
2.根据权利要求1中所述的小型水下航行器组合导航装置，其特征在于所述水下卫星信号收发器(3)安装在水下航行器(7)上，水下卫星信号收发器(3)与已知位置的声纳定位基准站(6)通过水下声通信链路(8)连接。
3.一种如权利要求1所述的小型水下航行器组合导航装置的位置校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)事先在预定海域布置已知位置信息的声纳定位基准站(6)，所述位置信息包括经度、纬度和高度信息；
2)水下航行器(7)上的水下卫星信号收发器(3)向声纳定位基准站系统(6)发射水声定位信号，形成水下声通信链路(8)；
3)水下航行器船基数据控制中心将各声纳位置基准系统(6)的声纳信号进行计算得到水下航行器的位置。
4.根据权利要求3所述的小型水下航行器组合导航装置的位置校正方法，其特征在于，所述声纳定位基准站(6)位于海底、海面或者海水中央。
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