[发明专利]一种观测水下潜航器相对位置的装置、方法和系统

权利要求书

1.一种观测水下潜航器相对位置的装置，其特征在于，包括声学测量模块、定位模块、惯性测量模块和控制处理模块，其中：

所述声学测量模块，用于检测水下潜航器的位置，并输出第一数据；

所述定位模块，设置在浮标中继上，用于确定浮标中继的位置，并输出第二数据；

所述惯性测量模块，设置在水下潜航器上，用于检测水下潜航器的运动状态，并输出第三数据；

所述控制处理模块，与所述声学测量模块、所述定位模块和所述惯性测量模块的输出端连接，用于接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并对接收的数据进行处理，得到第一位置信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声学测量模块包括应答单元和基阵单元，其中：

所述基阵单元，包括至少三个换能器，设置在水下潜航器上，用于发射询问信号和接收所述应答单元发射的应答信号；

所述应答单元，设置在浮标中继上，用于接收所述询问信号和发射所述应答信号；

其中，所述不同换能器接收所述应答信号之间的相位差和所述基阵单元发射所述询问信号并接收所述应答信号的时间作为所述第一数据。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述定位模块可以是GPS定位模块，同时与所述应答单元设置在所述浮标中继上；

其中，所述浮标中继的初始位置为所述水下潜航器的初始位置，所述浮标中继的位置信息和速度信息作为所述第二数据。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惯性测量模块包括加速度检测单元、角速度检测单元、深度检测单元和航向检测单元，其中：

所述加速度检测单元，包括至少一个三轴加速度传感器，用于获取所述水下潜航器的线运动信息；

所述角速度检测单元，包括至少一个三轴角速度传感器，用于获取所述水下潜航器的角运动信息；

所述深度检测单元，包括至少一个深度检测传感器，用于获取所述水下潜航器的下潜深度信息；

所述航向检测单元，包括至少一个磁罗盘，用于获取所述水下潜航器的航向信息，并校正所述角运动信息；

其中，所述加速度检测单元还可以用于校正所述水下潜航器的角运动信息，所述线运动信息、角运动信息、下潜深度信息、航向信息、校正后的角运动信息作为所述第三数据；

相应的，所述控制处理模块用于根据所述线运动信息、角运动信息、下潜深度信息、航向信息、校正后的角运动信息进行处理，确定所述水下潜航器的线运动状态、角运动状态、下潜状态和航向状态。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制处理模块包括数据融合单元和控制单元，其中：

所述数据融合单元，用于对所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据进行解算、融合校正和滤波处理，得到第一位置信息；

所述控制单元，用于控制所述数据融合单元接收所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据，并输出所述数据融合单元处理后的第一位置信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据融合单元的处理用于：

根据所述第一数据中不同换能器接收所述应答信号之间的相位差计算所述水下潜航器与所述应答单元的方位角度信息，根据所述第一数据中的所述基阵单元发射所述询问信号并接收所述应答信号的时间计算所述水下潜航器与所述应答单元的距离信息，然后结合所述第二数据进一步计算所述水下潜航器相对于初始位置的第二位置信息；

根据所述第三数据中所述线运动信息、角运动信息、下潜深度信息、航向信息、校正后的角运动信息计算所述水下潜航器的速度信息，进一步计算所述水下潜航器相对于初始位置的距离信息和角度信息，确定所述水下潜航器的第三位置信息；

对计算得到的第二位置信息和第三位置信息进行融合校正，然后滤波处理更新所述第一位置信息；

其中，所述第二位置信息包括根据声学测量模块和定位模块得到的所述水下潜航器相对于所述水下潜航器初始位置的距离信息、角度信息和深度信息；所述第三位置信息包括根据惯性测量模块得到的所述水下潜航器相对于所述水下潜航器初始位置的距离信息、角度信息、深度信息、姿态信息和航向信息；所述第一位置信息包括根据所述数据融合单元处理后的所述水下潜航器相对于所述水下潜航器初始位置的距离信息、角度信息、深度信息、姿态信息和航向信息。