[发明专利]一种基于稳定和非稳定深度区间的深平均流预测方法

说明书

本发明涉及一种基于稳定和非稳定深度区间的深平均流预测方法，是一种深平均流预测方法，以水下滑翔机单周期滑翔深度为参考，将深度区间根据运动状态分为稳定区间和非稳定区间。在稳定区间内使用固定俯仰角推算航位，在非稳定区间内使用实时俯仰角数据推算航位，实现低计算量，高精度推算水下滑翔机理想航位，进而完成深平均流准确预测，并基于历史剖面数据设计迭代算法估计下一剖面的深平均流。本方法相较于目前已有的全周期固定俯仰角航位推算和全周期实时俯仰角航位推算方法，实现了低计算量，高精度的理想航位推算；本方法基于历史数据设计一种带窗口的迭代算法估计下一周期的深平均流，对于下一周期的深平均流预测更精确。

技术领域

本发明属于水下滑翔机技术领域，涉及一种基于稳定和非稳定深度区间的深平均流预测方法。

背景技术

自主式水下滑翔机是一种由浮力驱动的无人水下航行器(UUV)。由于其续航能力强，现已被广泛应用于长期海洋观测。在海洋观测任务中，滑翔机的路径跟踪是一个热门的研究课题。路径跟踪要求滑翔机以一种有效和经济的方式沿着预定的路线滑翔。在理想条件下，水下滑翔机的目标航向角是路径从起点到终点的矢量方向。然而，在实际应用中，深平均流的影响导致水下滑翔机不能简单地遵循上述航向角设置，所以深平均流预测对于水下滑翔机的航向角修正至关重要。关于深平均流预测技术中水下滑翔机理想航位推算的问题，目前已有的解决办法有：1)加装多普勒测速仪。由于水下滑翔机稳定滑翔时俯仰角不为0°，所以应用多普勒需要复杂的解算过程，而且加装传感器增加能耗，降低水下滑翔机的续航能力。2)实时测量水下滑翔机的俯仰角和偏航角，利用实时数据推算航位。这种方法需要消耗大量计算资源和能量。3)使用稳定滑翔状态下固定俯仰角推算航位。虽然可以节约计算资源，但是忽略了非稳定滑翔状态下动态俯仰角对航位的影响，精确度较低。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于稳定和非稳定深度区间的深平均流预测方法，提供一种计算复杂度低，精确度高的水下滑翔机深平均流预测方法。

本发明的目的是针对水下滑翔机航向修正问题，提供一种计算复杂度低，精确度高的深平均流预测方法。以水下滑翔机单周期滑翔深度为参考，将深度区间根据运动状态分为稳定区间和非稳定区间。在稳定区间内使用固定俯仰角推算航位，在非稳定区间内使用实时俯仰角数据推算航位，实现低计算量，高精度推算水下滑翔机理想航位，进而完成深平均流准确预测，并基于历史剖面数据设计迭代算法估计下一剖面的深平均流。

技术方案

一种基于稳定和非稳定深度区间的深平均流预测方法，其特征在于：将水下滑翔机单周期滑翔深度区间分为稳定区间和非稳定区间，根据水下滑翔机的运动数据完成深平均流预测，预测步骤如下：

步骤1：以水平面为0，

不稳定区间为：[0,h₁]∪[h_max,h_max-Δh]∪[h_max-Δh,h_max-Δh+h₂]，

稳定区间为：[h₁,h_max]∪[h_max-Δh+h₂,0]；

其中：h₁表示下潜阶段由于执行机构动作导致俯仰角不稳定的深度，h₂表示上浮阶段由于执行机构动作导致俯仰角不稳定的深度，h_max表示设定深度，Δh表示由于惯性超过设定深度的距离；

步骤2：在不稳定区间内，根据第k-1个采样周期获得的深度数据d(k-1)，第k个采样周期获得的深度数据d(k)和俯仰角数据θ(k)，计算滑翔机的水平速度为：

其中，攻角α(k)通过计算水下滑翔机模型运动学模型获得；