[发明专利]一种基于粒子算法的水下定位方法

权利要求书

1.一种基于粒子算法的水下定位方法，其特征在于：该方法包括：建立遥控无人潜水器粒子模型、分析复杂水体环境的流态特征、遥控无人潜水器运动动力过程模拟以及实时计算遥控无人潜水器水下位置；

水体采用光滑粒子流体动力学方法模拟；

所述的建立遥控无人潜水器粒子模型是采用离散单元法将遥控无人潜水器离散为一系列粒子形成的DEM单元；

遥控无人潜水器与水面控制单元之间的脐带缆采用弹簧单元模拟；

所述的分析复杂水体环境的流态特征，包括水流的流速、流向；

通过采用光滑粒子流体动力学方法与离散单元法相结合，同时计算遥控无人潜水器、水流及缆线之间相互动力作用，计算获得遥控无人潜水器及缆线在复杂水体环境下的实时运动位置；

通过缆线实时位置计算遥控无人潜水器与水面控制单元之间的相对位置，根据水面控制单元的绝对坐标位置，实现遥控无人潜水器实时水下定位；

所述的遥控无人潜水器运动动力过程模拟，是基于所测得的复杂水体环境的水流流速、流向特征，对将遥控无人潜水器及缆线在复杂水体环境中的运动过程进行计算，计算过程包括：

(1)水体之间相互作用采用光滑粒子流体动力学方法模拟，基于以下连续性方程及动量方程求解：

式中：ρ为基点的密度，t为计算时间，m为基点的质量，v为基点的速度，x为基点的位置坐标，σ^αβ为基点的应力张量，T为人工粘性项，W为光滑粒子流体动力学方法的光滑核函数，α、β分别表示为应力张量标记，i、j分别表示水体中第i个、第j个粒子，N表示粒子数；

(2)水体与遥控无人潜水器之间相互作用采用光滑粒子流体动力学方法及离散单元法耦合进行求解；通过分析水体粒子与遥控无人潜水器的DEM单元颗粒间的接触作用力关系，求和得到遥控无人潜水器所受总的合力，将此合力作为DEM单元的外力进行计算，进而模拟计算遥控无人潜水器及缆线运动过程；

所述实时计算遥控无人潜水器及缆线水下位置，是由初始控制单元位置(X₀，Y₀，Z₀)、遥控无人潜水器运动动力过程模拟数值计算得到的t时刻缆线实时位置及遥控无人潜水器动态位置(X_t，Y_t，Z_t)，通过计算控制单元与遥控无人潜水器的相对位置坐标，得到遥控无人潜水器的绝对位置坐标。

2.根据权利要求1所述的基于粒子算法的水下定位方法，其特征在于：所述的分析复杂水体环境的流态特征，是通过流速仪捕捉复杂水体环境中水流的流态特征。