[发明专利]基于水声定位的无人船入港引导系统及引导方法

说明书

一种基于水声定位的无人船入港引导系统及引导方法，系统包括：水下应答器、岸上基站、水面无人船，所述的岸上基站包括引导控制系统；所述的通信系统包含基站‑无人船通信系统与基站‑水下应答器通信系统，所述的水面无人船上设有换能器、无人船运动控制器以及陀螺仪，在入港引导区域的岸边设立多个码头，在入港引导区域的水下设置所述的水下应答器阵列。本发明使进入入港引导区域的水面无人船可以自主地实现在特定的码头位置靠泊，对无人船的智能要求低，定位精度高，无人船需操作的步骤简单可靠，适用于未来无人船、无人艇港口，具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及无人船，特别是一种基于水声定位的无人船入港引导系统及引导方法。

背景技术

随着海洋科学技术的发展，诸多探测装置灵敏度的提高，通信技术的发展，无人船的应用越来越广泛。无人船在航行中的自主导航、轨迹跟踪等技术已颇为成熟，但其离港、靠泊研究较少，且问题更为复杂。在近港环境，无人船的航行较为集中，需要防止其间发生碰撞，通常需要人为干预进行引导和航线管理，不能做到完全自主；另一方面基于GPS的导航精度有限，并且可能出现信号丢失的情况，对于无人船密集的入港控制，其精度和可靠性尚不能保证无人船精准的航线管理。因此，设计一套精确可靠的无人船自动入港引导系统，对于实现无人船的大规模应用，具有重要的意义。

发明内容

本发明针对无人船离港和靠泊的应用场景，提供一种基于水声定位的无人船入港引导系统及引导方法，该引导系统，使进入入港引导区域的水面无人船可以自主地实现在特定的码头位置靠泊，对无人船的智能要求低，定位精度高，无人船需操作的步骤简单可靠，适用于未来无人船、无人艇港口，具有很高的应用价值。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种基于水声定位的无人船入港引导系统，其特点在于，包含岸上基站、通信系统、水下应答器阵列与水面无人船；

所述的岸上基站包括引导控制系统；

所述的通信系统包含基站-无人船通信系统与基站-水下应答器通信系统，所述的水面无人船上设有换能器、无人船运动控制器以及陀螺仪；

在入港引导区域的岸边设立码头，在入港引导区域的水下设置所述的水下应答器阵列，与岸平行的为行，与岸垂直的为列，离岸由近及远依次为应答器阵列的第1，2，3......m行，面向岸由左至右依次为应答器阵列的第1，2，3......n列，位于某阵列点上的水下应答器的水声发射器能发出的标记信号为P_i，j，i∈1，2，3......m,j∈1，2，3......n，相邻两列水下应答器的距离为d_i(P_i，j与P_i+1，j)，相邻两行水声应答器的距离为d_j(P_i，j与P_i，j+1)。

利用上述基于水声定位的无人船入港引导系统的无人船入港的引导方法，其特点在于，包括下列步骤：

1)当水面无人船航行至入港引导区域，水面无人船接受水下应答器阵列发出的声音号P_i，j，并通过换能器和无人船运动控制器对其进行解码，得到无人船初始状态信息；

2)所述的水面无人船通过通信系统把初始状态信息传递给岸上基站，该岸上基站把信息传递给引导控制系统；

3)所述的引导控制系统通过水面无人船的初始状态信息及其需要进入的船坞的特定地点，规划出一条路径，并把此条路径的控制信息传递给水下应答器阵列和无人船；

4)位于所述的路径上的所有的水下应答器被所述的引导控制系统特殊标记，相应的水下应答器发出带有标记的声信号P_i，j，传递给水面无人船的引导信息为一系列应答器的标记P_i，j，水面无人船需要一次穿过应答器规划出的“门”，无人船根据被标记的声信号依次完成“穿门”任务；