[发明专利]一种深海采矿车复合定位系统及其定位方法

说明书

本发明涉及一种深海采矿车复合定位系统及其定位方法，所述深海采矿车复合定位系统包括主动式声呐、被动式声呐、惯性传感单元、数据处理单元以及采矿车主控制器，所述主动式声呐、惯性传感单元、数据处理单元和采矿车主控制器固定安装在采矿车上，所述被动式声呐固定在采矿区域水中；所述惯性传感单元由三轴加速度传感模块构成，通过三轴加速度传感模块实时采集采矿车在空间坐标系X,Y,Z轴的加速度，再通过积分运算获取采矿车在三个坐标轴的实时位置。本发明的优点在于：本发明通过惯性导航定位方法实时获取采矿车的位置，每隔一定的时间周期内利用声呐定位系统校准采矿车位置，克服了惯导系统累积误差与声呐定位系统距离模糊的问题。

技术领域

本发明属于水下移动设备定位领域，特别涉及一种深海采矿车复合定位系统及其定位方法。

背景技术

由于电磁波在水中衰减速率高，无法做为侦测的讯号来源，地面上常用的GPS、WiFi、雷达等信号难以在深海中广泛使用，因此以声波探测水面下的人造物体成为运用最广 泛的手段。声呐是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探 测和通讯任务的电子设备，被广泛运用于探测、定位、跟踪和导航等。根据声呐工作原理， 可将其分为主动式声呐和被动式声呐，其区别在于是否主动从系统中发射声波。

中国专利CN201711334430.7、CN201710209500.X、CN201620699237.8等均利用主动式与被动式声呐相结合的方法实现水下目标物的定位，根据主动式声呐所发出的信号到达各被动式声呐的时间差进行目标物三维坐标确定。根据时间差实现目标物的定位需要主动式声呐发射信号的周期必须大于最大目标距离的所对应的信号传输时间，否则会出现距离模糊。而过大的信号发射周期会导致相邻的两次定位过程时间间隔较大，在这期间移动设备的位置处于未知状态。对于深海采矿车，由于水下地形复杂多变且工况恶劣，采矿车若在一定时期内处于位置未知状态，将降低深海采矿效率，影响设备运行安全性与稳定性。

惯性导航系统在工作时不依赖外界信息，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。通过测量移动设备在三个方向的加速度值，计算获取设备的实时位移。由于工作时缺乏参照系统，惯性导航系统容易产生误差累积的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够克服惯导系统累积误差与声呐定位系统距离模糊问题的深海采矿车复合定位系统及其定位方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种深海采矿车复合定位系统，其创新点在于：所述深海采矿车复合定位系统包括主动式声呐、被动式声呐、惯性传感单元、数据处理单元以及采矿车主控制器，

所述主动式声呐、惯性传感单元、数据处理单元和采矿车主控制器固定安装在采矿车上，所述被动式声呐固定在采矿区域水中；

所述惯性传感单元由三轴加速度传感模块构成，通过三轴加速度传感模块实时采集采矿车在空间坐标系X,Y,Z轴的加速度，再通过积分运算获取采矿车在三个坐标轴的实时位置；

所述被动式声呐在空间坐标系X,Y,Z轴内具体布置为被动式声呐A、B沿Z轴分布，被动式声呐A距离坐标原点z₁，被动式声呐B距离被动式声呐A为z₂；被动式声呐C、D沿X轴分布，被动式声呐C距离坐标原点x₁，被动式声呐D距离被动式声呐C为x₂；被动式声呐E、F沿Y轴分布，被动式声呐E距离坐标原点y₁，被动式声呐F距离被动式声呐E为y₂。

一种上述的深海采矿车复合定位系统的定位方法，其创新点在于：所述定位方法包括如下步骤：