[发明专利]一种近水面航行器潜深及垂荡测量装置和方法

说明书

技术领域

发明涉及一种近水面航行器潜深及垂荡测量装置和方法。

背景技术

近水面深度测量和波浪干扰处理技术成为一个技术难点，采用压力传感器测量航行器的潜深在深水域有着良好的效果，一旦在较浅的水域（近水面），压力传感器进入到死区状态，很容易造成测量数据的失真，同时近水面高海况下波浪的影响，导致了测量数据的有着较大幅度的变化，为后面的控制系统处理带来了麻烦，一般的深度测量方法是在原始深度数据的基础上通过人工经验进行数字滤波处理，其算法只适合于规则波的处理。

除了通过压力传感器进行深度测量之外，工程上还可以采用声学测量方式，相对于压力传感器来说，速度变化引起航行器耐波性的变化会对压力传感器产生一个动压干扰，而超声波测潜仪能够适应航行器速度的变化，但是声学方式测量在静水域有着良好的效果，而遇到海浪干扰时，海洋近水面会产生较多的气泡，会对声学设备造成很大的干扰，引起测量数据的失真。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种近水面航行器潜深及垂荡测量装置和方法，该装置结合液位传感器和超声波测潜仪的优势，以液位传感器为主，超声波测潜仪为辅，对海浪进行预估计和处理，同时结合近水面航行器的姿态传感器对两者数据进一步修正和补偿，实现近水面航行器潜深和垂荡的测量。

本发明的近水面航行器潜深和垂荡测量方法采用液位传感器、姿态传感器及超声波测潜仪相结合的方式对近水面航行器潜深和垂荡进行测量；所述两个液位传感器分别布置在近水面航行器的首部和尾部；所述超声波测潜仪布置在近水面航行器的中间位置；所述姿态传感器布置在近水面航行器的浮心位置。

具体测量步骤为：

步骤一：姿态传感器、两个液位传感器以及超声波测潜仪接收到数据处理单元的数据采集指令后，将测量数据实时发送给数据处理单元；且姿态传感器和两个液位传感器的输出频率相同，均大于超声波测潜仪的输出频率；

步骤二：数据处理单元每接收一次超声波测潜仪的测量数据后，对前后两时刻间已接收到的其它四组数据进行预处理；分别得到近水面航行器首部潜深的有效数据H1，近水面航行器尾部潜深的有效数据H2，近水面航行器俯仰角α和近水面航行器的垂向速度v；

步骤三：数据处理单元通过预处理后的数据对外界海洋环境进行判断

301：数据处理单元计算近水面航行器首尾两端潜深的实际偏差ΔH=H1-H2；

302：数据处理单元将计算得到的实际偏差ΔH与海面没有波浪时近水面航行器首尾两端潜深的理想偏差进行PH对比，所述PH=L×sinα，其中L为近水面航行器的长度；

若（ΔH-PH）/PH大于1/3，则初步认为有海浪，进入步骤304；否则，初步认为没有海浪，直接进入步骤402；

304：通过超声波测潜仪进一步确认是否有海浪：

数据处理单元依据采集到的当前时刻超声波测潜仪的输出确认是否有海浪：若超声波测潜仪的当前输出失真，则证明航行器正遭遇波浪，进入步骤四；若超声波测潜仪输出有效数据H3，则证明没有波浪，直接进入步骤402。

步骤四：数据融合处理

401：通过预处理后的垂向速度v来判断近水面航行器在波浪中的位置：

若垂向速度v的绝对值小于设定值，则近水面航行器的真实潜深H为：

H=H1+H22-ΔH3]]>

其中ΔH3为前后两时刻超声波测潜仪的变化量；

若垂向速度v的绝对值大于等于设定值，则近水面航行器的真实潜深为H为：