[发明专利]一种海底管缆埋设水下定位系统及其工作方法

权利要求书

1.一种海底管缆埋设水下定位系统，其特征在于：包括埋设海缆施工船(1)、由埋设海缆施工船(1)拖动的埋设犁(2)、位于海缆施工船后侧的勘测船(3)、设于勘测船(3)上的超短基线换能器(4)、设于埋设犁(2)上的多个超短基线信标(5)；在埋设犁上设立物体坐标系，根据埋设犁的结构形状和尺寸，确定超短基线信标(5)在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆(6)在物体坐标系下的位置向量，不同埋深对应不同海缆导管(9)位置；

作业时，以超短基线换能器(4)为原点，建立全局坐标系，通过超短基线信标(5)定位，获得超短基线信标(5)的位置信息，即获得超短基线信标(5)处在全局坐标系下的位置向量；

在进行海底管缆(6)埋设时，埋设海缆施工船(1)拖动埋设犁(2)前行，并将位于海缆施工船上的海底管缆(6)通过埋设犁(2)不断埋入海床(7)；勘测船(3)上的超短基线换能器(4)向下浸入水中，超短基线换能器(4)接收来自埋设犁上的超短基线信标(5)的信号，得到海底管缆(6)埋设犁(2)的实时深度，位置以及姿态，并根据埋设犁(2)的结构尺寸来获取海底管缆(6)的实时位置。

2.根据权利要求1所述的一种海底管缆埋设水下定位系统，其特征在于：所述的埋设犁(2)包括犁体(8)、斜向后设置的海缆刚性导管(9)，所述的犁体(8)的形状、尺寸固定，犁体(8)周边设有所述的超短基线信标(5)；所述的海缆刚性导管(9)与犁体(8)位置固定。

3.根据权利要求2所述的一种海底管缆埋设水下定位系统，其特征在于：所述的犁体(8)呈方体，每一角上均设有超短基线信标(5)，超短基线信标(5)与犁体(8)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种海底管缆埋设水下定位系统，其特征在于：犁体(8)的四个点对应超短基线四个信标，在埋设犁上设立物体坐标系，根据埋设犁的结构形状和尺寸，确定四个端点处信标在物体坐标系下的位置向量以及海底管缆(6)在物体坐标系下的位置向量不同埋深对应不同海缆导管(9)位置；

作业时，以超短基线换能器(4)为原点，建立全局坐标系，通过超短基线信标(5)定位，获得四个信标的位置信息，即获得四个信标处在全局坐标系下的位置向量

5.根据权利要求4所述的一种海底管缆埋设水下定位系统，其特征在于：物体坐标系的姿态由埋设犁物理姿态决定，通过信标位置针对两个坐标系下的位置向量，根据逆向运动学，求得两坐标系之间的旋转矩阵；设定犁体(8)姿态为依次绕Z轴、Y轴、X轴旋转α、β、γ角度决定，其旋转矩阵为：

α、β、γ计算公式为：

如果，β＝90，α＝0或者β＝-90，α＝0时候，γ为如下：

γ＝Atan2(r₁₂,r₂₂)(β＝90，α＝0)

γ＝-Atan2(r₁₂,r₂₂)(β＝-90，α＝0)

通过旋转矩阵点乘海缆导管(9)处在物体坐标系的位置向量获得在全局坐标系下的位置向量

其中，r₁₁、r_12、r_13、r_21、r₂₂、r₂₃、r₃₁、r₃₂、r₃₃为参数，海缆导管(9)位置坐标即向量参数；α、β、γ为海缆导管(9)姿态信息。