[发明专利]基于海底地形的近底定高拖曳导航系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于海底地形的近底定高拖曳导航系统及方法。本发明包括海底地形坡度动态提取模块、拖体运动状态估计模块和导航决策模块，海底地形坡度动态提取模块包括动态窗口模块，用于实时计算和显示目标区域的海底坡度变化趋势。本发明采用动态窗口技术，根据水下地形的实际情况，实时调整窗口的大小，从而获得更精确的坡度数据，进而做出更有效的拖缆长度控制决策，保证水下设备的安全性。

主权项

1.一种基于海底地形的近底定高拖曳导航方法，其特征是，包括如下步骤：S1.利用海底地形坡度动态提取模块，提取测线对应的目标区域地形剖面：S11.把海底水深网格数据输入海底坡度动态提取模块，沿着当前航向，提取水深剖面；S12.根据水深剖面数据，实时计算对应的地形坡度S；S2.利用拖体运动状态估计模块，输出拖体与海底的相对位置关系：S21.利用声学定位装置，获得水下拖体的空间位置数据；S22.利用拖体上设有的压力传感器和高度计获得拖体的深度和离地高度，对拖体的空间位置数据进行筛选；S23.结合经过筛选的拖体的空间位置数据，实时输出拖体与海底的相对位置关系；S3.利用导航决策模块；结合海底的地形以及拖体与海底的相对位置关系，进行拖缆控制决策；所述的步骤S22中，对拖体的空间位置数据进行筛选具体包括如下步骤：S221.压力传感器获得水下拖体深度为H1；声学定位装置获得水下拖体深度为H2；S222.依据压力传感器的测量精度，真实水深范围为H1±(a％×H1)；声学定位装置获得的拖体深度真实值范围为H2±(b％×H2)；如果H1±(a％×H1)与H2±(b％×H2)存在交集，则认为声学定位装置的数据有效，即采用其对应的平面坐标位置；S223.离底高度判断，如果高度计数据有效，则采用高度计数据；如果高度计显示超过量程，则采用地形网格相应的平面坐标的水深数据与压力传感器之差，作为水下拖体的离底高度；所述的步骤S12包括如下步骤：S121.假设地形曲面为z＝f(x,y),对于地形网格中心为参考点，则坡度S定义为该点法线方向与其垂直方向之间的夹角：S122.调整地形窗口的大小：当窗口W内无闭合曲线时，则窗口范围增加k×k，直至地形窗口内包含至少一条闭合等深线；S123.计算地形窗口对应的地形坡度S；所述的步骤S122中，闭合等深线的判断方法为：等深线间距以地形网格间距赋值，从一条曲线的起点开始搜索直到终点，如果起点与终点重合，则为闭合等深线，否则为非闭合等深线；所述的步骤S3中，拖缆控制决策方法如下：S31.假设沿着航向上坡时，坡度为正数，如果坡度变大，则执行收揽动作；如果坡度变小，则执行放缆动作；S32.假设沿着航向下坡时，坡度为负数，如果坡度变大，则执行放缆动作；如果坡度变小，则执行收揽动作；所述的步骤S3中，拖缆动作长度L表达为：L＝tanS·W其中，地形窗口W的初始值为网格间距k，即：W＝k，k自增，即W＝2k,3k,...，以闭合等深线为边界条件，进行地形窗口W的赋值。