[发明专利]一种深远海低成本长航时协同导航定位系统

说明书

本发明涉及一种深远海低成本长航时协同导航定位系统。岸基监控中心将路径规划方案发送给波浪滑翔器；波浪滑翔器根据路径规划方案，跟随水下航行器航行，并且将波浪滑翔器的状态信息与水下航行器的状态信息实时反馈至岸基监控中心；岸基监控中心根据波浪滑翔器的状态信息与水下航行器的状态信息实时调整路径规划方案；波浪滑翔器与水下航行器上分别安装水声通信机，用于两者之间的信息交互，波浪滑翔器通过卫星取自身位置和时间信息，并以水声通信的方式下发给水下航行器，供水下航行器解算两者之间的水平距离，用于辅助水下航行器上的MEMS传感器进行导航定位。采用本发明的系统能够实现深远海低成本长航时协同导航定位。

技术领域

本发明涉及导航定位领域，特别是涉及一种深远海低成本长航时协同导航定位系统。

背景技术

导航定位是深远海长航程AUV、Glider等水下航行器进入深远海、探测深远海的关键通用配套技术。然而，由于海水对电磁波的强烈衰减，使得全球导航卫星系统(GNSS)无法直接应用于水下航行器，给水下导航定位，特别是深远海导航定位带来了独特的挑战。因此，必须选择其他的方式进行水下导航定位。

几十年来，国内外研究与应用最广泛的是基于海洋“重”装备的船舶-水下航行器协同导航定位系统。这类协同系统通常利用船载超短基线对水下航行器进行导航定位，需要水面船舶跟随航行，阻碍了水面船舶同时在其他海域执行任务。超短基线定位数据需要通过水声通信的方式发送给水下航行器，存在较大的延迟，增大了与水下航行器在线导航数据进行融合的难度。此外，声学换能器阵与姿态传感器的分离式安装不可避免的存在安装偏差，必须通过海上标定试验来校正。而每次校正都需要选择合适的海域，并耗费大量的时间、人力和物力。随着水下航行器向低成本、长航时和集群化方向发展，以及海洋观测对多台套深远海水下航行器立体组网、协同观测的强烈需求，基于海洋“重”装备的船舶-水下航行器协同导航定位系统已经越来越难以满足实际应用需求。

正是基于上述背景，人们开始研究基于海洋“中”装备的水下协同导航定位系统。典型协同系统包括无人船-水下航行器协同导航定位系统、主从式水下航行器协同导航定位系统。无人船-水下航行器协同系统以水面无人船作为信息中继，通过水声通信的方式将无人船的位置信息发送给水下航行器，并同步完成测距，利用距离信息约束水下航行器上惯导系统。通常水下航行器上安装有高精度捷联惯导系统、多普勒计程仪等，共同构成惯性基组合导航系统。类似的，在主从式水下航行器协同系统中，主水下航行器可以利用装备的高精度导航设备进行精确定位，从水下航行器装备低精度、低成本导航设备，需融合主从水下航行器之间的距离量测进行水下导航定位。与海洋“重”装备水下协同导航定位系统相比，这类协同系统可以较大程度的降低使用成本。然而，无人船的续航能力是有限的(珠海云洲M80B无人船的续航能力为30小时，其他型号的续航能力大都在10小时左右)，难以满足长时间工作的需要；主水下航行器不仅需要配备昂贵的导航定位设备(通常也需要水面船舶的支持)，而且其水下作业时间也是有限的(几十～数百小时)。因此，海洋“中”装备水下协同导航定位系统仍然难以满足低成本、长航时导航定位的需求。

随着深远海水下航行器向低成本、长航时、集群化方向发展，以及海洋观测对多台套水下航行器立体组网、协同观测的强烈需求，现有的基于海洋“重”、“中”装备的水下协同导航定位系统已经越来越难以满足实际应用需求，人们对低成本、长航时导航定位的需求正在变得愈加迫切与广泛。因此，亟需一种深远海低成本长航时协同导航定位系统。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种深远海低成本长航时协同导航定位系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：