[发明专利]一种实时追踪水下机器人的方法、系统和无人中继装备

权利要求书

1.一种无人中继装备，其特征在于，包括：

水声通信装置，用于与具有匹配水声通信装置的水下机器人进行通信；

水下机器人定位装置，用于计算安装有水声信标的所述水下机器人的方位角和距离；

卫星通信定位装置，用于与母船或岸基指控塔进行通信，还用于计算所述无人中继装备的实时经纬度数据；

惯性导航装置，用于提供所述无人中继装备的三自由度姿态角和三自由度轴向加速度信息；

自主控制单元，用于接收所述水下机器人定位装置计算得到的所述水下机器人的方位角和距离数据，还用于接收所述卫星通信定位装置以及所述惯性导航装置提供的运动状态数据，还用于根据接收的各指令和状态数据计算所述无人中继装备的目标航行轨迹并进行推力分配；以及

动力与推进装置，用于接收所述自主控制单元的推力分配信息并推进所述无人中继装备按照所述航行轨迹航行，其中，所述自主控制单元分别与所述水声通信装置、所述水下机器人定位装置、所述卫星通信定位装置、所述惯性导航装置以及所述动力与推进装置通信相连。

2.根据权利要求1所述的无人中继装备，其特征在于，还包括：

无线电通信装置，与所述自主控制单元通信相连，用于与所述母船或所述岸基指控塔进行通信。

3.根据权利要求1所述的无人中继装备，其特征在于，所述无人中继装备为水面无人艇。

4.根据权利要求3所述的无人中继装备，其特征在于，所述自主控制单元根据接收的各指令和状态数据计算所述无人中继装备的航行路线包括：接收所述水下机器人定位装置提供的所述水下机器人的方向角和距离(γ，χ，r)，其中，γ表示水平面的方向角，χ表示垂直面的方向角，r表示距离；

计算沿所述无人中继装备纵轴x的推力T_x，以及转艏力矩N_z；

将计算得到所需的所述推力T_x和转艏力矩N_z之后，经推力分配，将力和力矩分配给所述动力与推进装置以控制航行轨迹。

5.根据权利要求4所述的无人中继装备，其特征在于，所述推力T_x依据下式进行计算：

其中，其中k₁、k₂表示控制参数，ΔT表示随偏差动态调整的浮动项：ΔT＝∫ΔT·dt，d_x-y表示水平面距离，其中d_x-y＝r·cosχ。

6.根据权利要求4所述的无人中继装备，其特征在于，所述转艏力矩N_z依据下式进行计算：

其中，k_p、k₃表示控制参数。

7.根据权利要求1所述的无人中继装备，其特征在于，所述无人中继装备为能够悬停的无人机，其中所述无人机将其携带的声纳和所述水声通信装置放置于水中，采用声学定位方式定位所述水下机器人，并以水声通信方式与所述水下机器人进行通信。

8.根据权利要求1所述的无人中继装备，其特征在于，所述水下机器人定位装置为水声定位装置或光视觉定位装置。

9.一种实时追踪水下机器人的方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用如上述权利要求1-8中任一项所述的无人中继装备定位所述水下机器人，并将定位信息发送至母船；

所述无人中继装备根据所述定位信息实时追踪所述水下机器人；

通过所述无人中继装备将所述母船发来的指令发送至所述水下机器人。

10.一种实时追踪水下机器人的系统，其特征在于，包括母船、水下机器人以及如上述权利要求1-8中任一项所述的无人中继装备，其中所述无人中继装备用于实时定位追踪所述水下机器人，并将定位信息发送至母船，还用于将所述母船发来的指令发送至所述水下机器人。