[发明专利]一种用于水下机器人与水下工作平台对接的声纳检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及声纳检测领域，具体涉及一种用于水下机器人与水下工作平台对接的声纳检测装置及其检测方法。

背景技术

随着海洋开发技术的快速发展，人类的脚步已从浅水层的活动迈向深海甚至海底。目前大量的工程实施或者科学研究都需要建立水下工作平台，此时水下机器人便成为了水下的一种重要交通工具，水下机器人水下导航以及与水下平台的对接成为重要的技术基础。另外，对于失事水下机器人的救援，同样需要引导与对接技术。电磁波由于波长较短无法实现在海水中的远距离传输，因为无法采用无线电雷达定位或者视觉引导来完成水下机器人的引导任务，而只能借助传播特性较好的声波信号。因此，水下导航与对接引导技术对于海洋开发十分重要。

发明内容

本发明为了解决水下机器人与水下工作平台对接时由于电磁波的波长较短，无法实现在海水中的远距离传输，导致对接工作无法完成的问题，提出了一种用于水下机器人与水下工作平台对接的声纳检测装置，本发明的目的还在于提供一种用于水下机器人与水下工作平台对接的声纳检测方法。

本发明的目的是这样实现的：

用于水下机器人与水下工作平台对接的声纳检测装置包括引导系统、接收系统和控制系统，所述引导系统安装在水下工作平台的对接群口周围，接收系统安装在水下机器人的尾部底端，用于接收引导系统发出的引导信号，控制系统均安装在水下机器人的干舱中，接收系统通过电缆与控制系统连接。

引导系统包括3个引导信号发射系统，所述引导信号发射系统包括发射换能器、引导信号生成系统、电池组和外壳，引导信号生成系统和电池组均被密封在外壳的内部，电池组用于提供引导信号生成系统的工作电源，发射换能器固定在外壳的上表面，发射换能器用于向水中发射引导声信号，引导信号生成系统包括功放电路、引导电信号生成电路和时钟电路，时钟电路的时钟信号输出端与引导电信号生成电路的时钟信号输入端连接，引导电信号生成电路的引导电信号输出端与功放电路的引导电信号输入端连接，功放电路的引导电信号输出端与发射换能器的电信号输入端连接。

接收系统包括4个接收换能器、圆桶形水密外壳和前置放大器，4个接收换能器均匀分布在圆桶形水密外壳的外侧底部，接收换能器用于接收发射换能器发射的引导声信号，前置放大器固定在圆桶形水密外壳的侧面上，接收换能器的电信号输出端与前置放大器的电信号输入端连接，前置放大器的电信号输出端与控制系统的电信号输入端连接。

控制系统包括滤波放大电路、采样电路和控制模块，滤波放大电路的电信号输入端通过电缆与前置放大器的电信号输出端连接，滤波放大电路的滤波放大信号输出端与采样电路的采样信号输入端连接，采样电路的采样信号输出端与控制模块的采样信号输入端连接，控制模块包括接收水下机器人航行方向的端口，接收水下机器人航行姿态的端口，接收声速的端口和接收水下压力的端口。

所述控制模块中包括嵌入由软件实现的检测模块，所述检测模块包括：

用于接收采样电路发送的采样信号的采样信号接收模块，

用于判断采样信号是否存在引导声信号的信号判断模块，是，则继续进行检测过程，否，则继续对采样信号是否存在引导声信号进行判断，

用于估算引导声信号传播时延的时延估计模块，

用于接收水下机器人航行方向的方向信号接收模块，

用于接收水下机器人航行姿态的姿态信号接收模块，

用于接收声速的声速信号接收模块，

用于接收水下压力的水下压力信号接收模块，

用于根据水下机器人航行方向、声速、水下压力和接收到的引导声信号计算水下机器人与水下工作平台相对坐标的相对坐标计算模块，

用于根据水下机器人航行姿态、声速、水下压力和接收到的引导声信号计算水下机器人底面与水下工作平台的对接群口平面的相对角度的相对角度计算模块，

用于向水下机器人信息处理控制系统发送水下机器人与水下工作平台相对坐标和水下机器人底面与水下工作平台的对接群口平面的相对角度的数据发送模块。