[发明专利]水下航行器与基站的光引导自动对接方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及涉及海洋工程领域，尤其是一种水下航行器与基站的光引导自动对接方法及装置。

背景技术

近年来，人类对海洋的探索不断深入，逐步发展了一批用于海洋湖泊探测研究用的设备。水下航行器就是其中最具代表性的一种海洋探测装置，广泛应用于国防、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学研究等领域。自主水下航行器作为一种低成本、又便捷的自主探测装置，在工作时与母舰没有任何线缆连接。同时，导致自主水下航行器需要与基站对接进行能源补给，与基站对接进行信息批量数据的传输，开发自主水下航行器与基站的对接技术，是延长自主水下航行器在海底连续工作时间的有效手段，也是扩充自主水下航行器信息采集能力的有效手段，可以大大减少自主水下航行器的布放和回收次数，节约人力物力。

我国在海洋工程领域的研究开发起步较晚，水下对接技术的相关研究做得还比较少。专利CN 103057679 A公布了双智能水下机器人相互对接装置及对接方法，包括定位系统和对接系统两大系统，借用了多普勒测速声呐、水声换能器、摄像头等一系列器件，算法和机械结构都相对复杂，同时是用于两个智能水下机器人的对接，不能很好地为自主水下机器人补给能源；专利CN 102320362 A公布了一套自主水下航行器与海底观测网对接装置，用一个大喇叭口做机械式的引导，将自主水下航行器与海底观测网进行对接，进行无线传能和信息交换。

在光伏太阳能发电领域，研究发现：当太阳能发电板正对太阳光时，发电效率最高。工程师采用了光电四象限探测器感知太阳光的角度，调节太阳能电池板，使之随太阳的移动而移动。正是从这得到启发，本发明将太阳光跟踪技术用到水下光引导的对接技术上。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水下航行器与基站的光引导自动对接方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水下航行器与基站的光引导自动对接方法；包括固定光源和设置有四象限光电探测器的航行器；步骤如下：通过光源发出光线；光源发出光线照射到航行器的四象限光电探测器上，形成光斑；根据光斑在四象限光电探测器上所在的位置进行航行器的航向姿态调整。

作为对本发明所述的的水下航行器与基站的光引导自动对接方法的改进：所述光线通过凸透镜形成光斑。

作为对本发明所述的的水下航行器与基站的光引导自动对接方法的进一步改进：根据四象限光电探测器上光斑所在的位置判断光源与航行器之间的角度偏差，再根据角度偏差调整航行器的航向姿态。

作为对本发明所述的的水下航行器与基站的光引导自动对接方法的进一步改进：所述光斑在四象限光电探测器中时，航行器的航向姿态调整如下：当光斑在第一象限的时候，航行器左偏下潜；当光斑在第二象限的时候，航行器右偏下潜；当光斑在第三象限的时候，航行器右偏抬艏；当光斑在第四象限的时候，航行器左偏抬艏；当光斑在第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限正中间的时候，航行器保持向前。

作为对本发明所述的的水下航行器与基站的光引导自动对接方法的进一步改进：所述光斑在四象限光电探测器中的象限判断方法如下：△X为光斑在四象限光电探测器的X轴的移动；△Y为光斑在四象限光电探测器的Y轴的移动；A为光斑在第一象限内的感光面积；B为光斑在第二象限内的感光面积；C为光斑在第三象限内的感光面积；D为光斑在第四象限内的感光面积，通过以下公式进行光斑的位置判断；△X=(A+D)-(B+C)；△Y=(A+B)-(C+D)；△X=0；△Y=0时，光斑在第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限正中间，航行器向前运动；△X>0；△Y>0时，光斑在第一象限，航行器左偏下潜；△X<0；△Y>0时，光斑在第二象限，航行器右偏下潜；△X<0；△Y<0时，光斑在第三象限，航行器右偏抬艏；△X>0；△Y<0时，光斑在第四象限，航行器左偏抬艏。

一种水下航行器与基站的光引导自动对接装置，包括信号源与信号接收调整装置；所述信号源为固定的光源；所述信号接收调整装置为固定在航行器上的四象限光电探测器；所述光源包括灯壳，所述灯壳上从内到外依次设置有反光镜、高亮光源以及滤光片；所述四象限光电探测器包括凸透镜和控制器，所述控制器上依次连接有A/D采样电路、前置放大电路以及四象限信号线；所述凸透镜设置在四象限信号线的一侧。

作为对本发明所述的水下航行器与基站的光引导自动对接装置的改进：所述光源发出 锥形发散的单色光，所述单色光为波长在850纳米的近红外光，锥角范围在15°～30°。