[发明专利]判断水下航行器相对于水下结构的位置和方向

说明书

本申请要求申请日为2010年10月25日、发明名称为“ESTIMATING POSITION AND ORIENTATION OF AN UNDERWATER VEHICLE RELATIVE TO UNDERWATER STRUCTURES”的美国临时申请No.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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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