[发明专利]一种用于水下航行器的水面自动跟踪监控系统

权利要求书

1.一种用于水下航行器的水面自动跟踪监控系统，其特征在于：包括岸基显控中心、无线网络通信系统、无人船跟踪平台和水声定位系统；

所述无人船跟踪平台利用水声定位系统得到水下航行器的相对位置，结合无人船跟踪平台上的卫星定位系统获得的无人船跟踪平台自身位置，确定水下航行器的位置，并通过无线网络通信系统将无人船跟踪平台自身位置和水下航行器的位置发送给岸基显控中心；

所述无人船跟踪平台根据自身姿态传感器获得自身的姿态信息，并根据水声定位系统得到水下航行器的相对位置，控制无人船跟踪平台自身前向速度和航向角速度，实现对水下航行器的跟踪；同时无人船跟踪平台将自身的姿态信息通过无线网络通信系统发送给岸基显控中心；

所述水声定位系统包括USBL收发器和USBL应答器；所述USBL收发器固定在无人船跟踪平台底部，所述USBL应答器固连在水下航行器上；

所述无人船跟踪平台包括船体以及安装在船体上的无人船动力系统、卫星定位系统、惯性导航系统、处理计算机；

所述卫星定位系统将无人船跟踪平台自身的位置信息发送给处理计算机；所述水声定位系统中的USBL收发器将水下航行器的相对位置发送给处理计算机；所述惯性导航系统将无人船跟踪平台的姿态信息发送给处理计算机；

所述处理计算机根据无人船跟踪平台自身的位置信息以及水下航行器的相对位置，解算出水下航行器的位置信息，并通过无线网络通信系统发送给岸基显控中心；

所述处理计算机根据水下航行器的相对位置和无人船跟踪平台自身的姿态信息，计算出无人船跟踪平台的前向速度控制量和航向角速度控制量，并转换为无人船动力系统的推力指令来控制无人船动力系统；

根据水下航行器的相对位置和无人船跟踪平台自身的姿态信息，计算出无人船跟踪平台的前向速度控制量和航向角速度控制量的具体过程为：

采用基于视线导引的领航-跟随法对自主水下航行器进行跟踪，控制目标描述为

其中为自主水下航行器与无人船的距离，θ为自主水下航行器与无人船连线的航向偏角；

θ＝arctan(Δx/Δy)，

Δx，Δy为自主水下航行器相对于无人船的相对位置，为由惯性导航系统测得的无人船航向角；

设计无人船跟踪平台的前向速度和航向角速度的PD控制器，使得

其中F、N为输出前向推力和转矩，u_d、w_z为由惯性导航系统测得的无人船前向速度、航向角速度，k_p1、k_b1、k_p2、k_b2为PD控制器的控制参数。

2.根据权利要求1所述一种用于水下航行器的水面自动跟踪监控系统，其特征在于：所述无线网络通信系统包括岸基无线网络电台、岸基无线通信天线、船载无线网络电台、船载无线通信天线；所述无线网络通信系统采用TCP/IP无线网络通信协议。