[发明专利]一种水下航行器导航系统及导航方法

权利要求书

1.一种水下航行器导航系统，其特征在于：包括海洋物联网感知体系、海洋模拟器、航线控制器和水下滑翔机；

所述海洋物联网感知体系，用于收集海洋物理及化学信息，并将海洋数据传输至海洋模拟器；

所述水下滑翔机，将自身状态信息和位置信息传输至航线控制器，并接受航线控制器发送的控制指令信息；

所述海洋模拟器，是以超级计算机为基础的大型计算机集群，根据接收的海洋数据模拟海洋状态并存储，还可以通过航线控制器获取水下滑翔机的数据，海洋模拟器将模拟计算得到的洋流信息发送至航线控制器；

所述航线控制器，根据接收的水下滑翔机的位置信息及洋流信息，得到滑翔机所处位置的洋流情况，输出水下滑翔机姿态调整程序至水下滑翔机；并规划滑翔机航行路线、传输至水下滑翔机。

2.根据权利要求1所述的水下航行器导航系统，其特征在于：所述海洋物联网感知体系包括布放在海域的、设有用于采集海洋物理及化学信息的传感器的浮标、潜标、科考船和海洋遥感卫星，还包括用于存储海洋数据的云存储端。

3.根据权利要求2所述的水下航行器导航系统，其特征在于：所述海洋模拟器还包括海洋实时数据获取模块、数据处理模块、存储模块、数据传输模块，海洋实时数据获取模块获取海洋物联网感知体系的云存储端存储的海洋数据，通过数据处理模块模拟仿真海洋状态，存储在存储模块，并传输至航线控制器。

4.根据权利要求3所述的水下航行器导航系统，其特征在于：所述水下滑翔机设有通讯模块和导航模块，还设有姿态调节单元，姿态调节单元包括滚转姿态调节单元和俯仰姿态调节单元；导航模块通过通讯模块接收航线控制器发送的水下滑翔机姿态调整程序和航行路线，并传输至姿态调节单元。

5.根据权利要求1所述的水下航行器导航系统，其特征在于：所述水下滑翔机与航线控制器之间通过卫星通信系统通信连接。

6.一种水下航行器导航方法，其特征在于，利用权利要求4所述的水下航行器导航系统进行，包括以下步骤：

(1)搭建海洋物联网感知体系：在海域上布放浮标、潜标、科考船和海洋遥感卫星，并在各设备上安装传感器，实时采集海洋数据，存储在云存储端；

(2)海洋状态模拟仿真：通过海洋模拟器模拟仿真海洋状态，包括但不限于洋流信息、天气状况、风场，并将模拟仿真计算的洋流信息发送至航线控制器；

(3)航线规划：根据已知海域的海况信息和水下滑翔机的位置信息，确定目前最需要采集数据的海域，将目标海域的位置信息纳入航线设计中，重新规划滑翔机航行路线，使得水下滑翔机收集到的海洋数据更符合整个海洋观测系统的需要；

(4)水下滑翔机姿态动态调整：根据水下滑翔机的位置信息和洋流信息，计算得出水下滑翔机所处位置的洋流信息；将洋流影响纳入滑翔机姿态调整算法、确定滑翔机姿态调整程序，发送至水下滑翔机，动态调整水下滑翔机的姿态。

7.根据权利要求6所述的水下航行器导航方法，其特征在于：步骤(2)中，海洋模拟器通过获取海洋数据，建立海洋大数据库；基于超级计算机集群的计算能力，通过模拟仿真的方法对海洋状态进行模拟和预测，将仿真模拟得到洋流信息传输至航线控制器；同时可实时从航线控制器获取水下滑翔机的数据。

8.根据权利要求7所述的水下航行器导航方法，其特征在于：步骤(3)中，航线控制器获取水下滑翔机的位置信息，并根据已经通过海洋物联网感知体系获得的海况信息，判断当前尚缺少海洋信息的数据盲点，确定需要采集海洋信息的目标位置，重新规划航线，使得水下滑翔机航行到需要采集海洋信息的目标位置进行信息的采集，达到对海洋数据盲点的信息采集。

9.根据权利要求8所述的水下航行器导航方法，其特征在于：步骤(4)中，根据滑翔机姿态调整算法和洋流情况，计算出最优化姿态调整程序，并通过卫星通信系统传输至水下滑翔机；水下滑翔机通过姿态调节单元动态调整水下滑翔机的姿态，降低功耗。