[发明专利]有缆水下机器人导航定位系统及定位方法

说明书

本申请涉及海洋工程技术领域，尤其是涉及一种有缆水下机器人导航定位系统及定位方法，有缆水下机器人导航定位系统包括：主节点端装置以及目标节点端装置；其中，主节点端装置用于安装在主节点端，且主节点端位于工作平台上；主节点端装置包括多个信号发射器，用于同时发射不同的正交信号；目标节点端装置用于安装在目标节点端，且目标节点端装置包括信号接收器，用于接收多个信号发射器发出的不同的正交信号。可见，本申请提供了一款能够对水下机器人快速、准确定位和导航的系统。

技术领域

本申请涉及海洋工程技术领域，尤其是涉及一种有缆水下机器人导航定位系统及定位方法。

背景技术

目前，海洋工程应用中，有缆水下机器人(ROV)的使用越来越广泛，其必须的定位与导航功能通常采用超短基线定位系统来完成，其工作模式为：在水面平台(船舶、浮标、钻井平台等，但不仅限于这些平台)上安装超短基线主机(超短基线主机包含声基阵，声基阵通常由1个发射换能器和4个或4个以上的水听器组成，各水听器以较短的距离(通常在波长量级)布设在一个刚性的结构上，系统通过测定各水听器的相位差来确定声基阵与目标的夹角(垂直和水平角度))，在ROV节点上安装应答器。在实现定位导航时，首先由水面平台上的超短基线主机发出询问信号，然后ROV节点上的应答器接收到询问信号，并将应答信号发回超短基线主机，水面平台上的超短基线主机根据应答信号解算出ROV节点上应答器的位置，进而实现定位功能，水面平台上的超短基线主机将应答器位置通过脐带缆下传至ROV节点，进而实现导航功能。

超短基线定位系统在有缆水下机器人(ROV)导航定位应用中存在以下缺点：(1)安装平台噪声对设备影响大，影响覆盖范围和定位导航距离：具体地，超短基线定位系统主要安装平台为船舶，船舶的噪声较大，严重影响超短基线定位系统的主节点的4个水听器的正常接收，这造成了系统有效覆盖范围和距离大大减小。(2)浅水应用性能下降；超短基线定位系统目标节点通常采用频分进行编码，由于信道带宽有限，采用频分时，单个应答器的带宽较窄，距离分辨率较低，无法适应浅水等多径条件较严重的复杂场景，而水下机器人的主要工作在浅水区域，这会严重影响系统的性能和稳健程度。(3)数据刷新低，难以在精准定位导航应用中使用：具体地，超短基线定位系统需要询问和应答，以及将定位发送给各目标节点，数据率很低，特别是当超短基线主机采用轮询的方式，数据率极低。(4)定位延迟大，需要实时修正；水声定位导航主节点安装平台通常是运动的(主要安装在船舶或浮标上)，主节点和目标节点存在相对运动。由于超短基线的询问、应答机制，主节点解算出的目标节点位置一般位于主节点的后方，需要进行实时修正，且修正值与两者的相对关系与航行速度等因素有关，很容易导致定位误差。(5)导航模式下，目标节点容量受限：具体地，在实现导航功能时，超短基线定位系统采用轮询方式，目标节点的数量与数据刷新率呈线性关系；若采用多节点同时应答方式，无论是频分或码分，信道的容量是有限的，从而限制目标节点的数量。

发明内容

本申请的目的在于提供一种有缆水下机器人导航定位系统及定位方法，在一定程度上解决了现有技术中存在的急需一款能够对水下机器人快速、准确定位和导航的系统的技术问题。

本申请提供了一种有缆水下机器人导航定位系统，包括：主节点端装置以及目标节点端装置；其中，所述主节点端装置用于安装在主节点端，且所述主节点端位于工作平台上；

所述主节点端装置包括多个信号发射器，用于同时发射不同的正交信号；所述目标节点端装置用于安装在目标节点端，且所述目标节点端装置包括信号接收器，用于接收多个所述信号发射器发出的不同的正交信号。

在上述技术方案中，进一步地，多个所述信号发射器分别位于不同的水平面内。

在上述任一技术方案中，进一步地，多个所述信号发射器的沿着竖直方向的投影位于同一个圆的圆周上，且多个所述信号发射器以圆心为基准均匀间隔设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述信号发射器的数量为四个，且四个所述信号发射器的沿着竖直方向的投影呈十字形分布。