[发明专利]一种用于水下直升机的定位巡航系统及其工作方法

说明书

一种用于水下直升机的定位巡航系统及其工作方法，包括安装在水下直升机上的捷联惯性导航系统、多普勒计程仪测速系统、逆超短基线定位系统和滤波系统；捷联惯性导航系统用于获取水下直升机的三维速度、位置和姿态信息；多普勒计程仪测速系统用于测量水下直升机的绝对速度；逆超短基线定位系统用于进行定位导航，包括复杂宽带编码的多普勒补偿模块、多源伺服时间同步免询问定位模块、多传感器信息融合免校准定位模块和多用户兼容水下自组网定位模块；滤波系统用于对捷联惯性导航系统、多普勒计程仪测速系统、逆超短基线定位系统输出的信号进行处理，提高导航精度。利用本发明，可以提高水下直升机水下自主定位导航的精度。

技术领域

本发明属于下装备控制领域，尤其是涉及一种用于水下直升机的定位巡航系统及其工作方法。

背景技术

海底移动观测、海底资源勘探、敏感海底区域巡航与探测、海底管线监测与维护、海底救援与打捞、海底考古等工作，对潜水器的机动性能和工作模式提出了很高的要求，往往需要与陆上“直升机”特点类似的潜水器。“水下直升机”的提出有助于提高潜水器的机动性能、增加海底至海底的工作模式，更高质高效地开展海底作业应用。

水下直升机是一种机动性强，具有海底至海底工作模式的新型潜水器。其总体设计是对水下直升机整体硬件结构布局进行规划和设计，完成各模块协调装配工作。主要包括完成圆碟形水动力外形和结构布置的设计，推进器与浮力重心调节装置的设计与布局，光声通信模块、水声导航模块、无线充电模块等功能模块的布局与权衡设计。如公开号为CN205998108U的中国专利文献公开了一种水下直升机，采用圆碟形的水动力外形，控制水平向上的推进器旋转来实现水下直升机下潜或上浮，控制水平朝向的推进器正反转来实现水下直升机的前进后退，控制水平向上的推进器以一定的转速抵消水下直升机的水中质量来实现水下直升机的悬停。

公开号为CN108490396A的中国专利文献公开了一种基于水声信号卡尔曼滤波的超短基线定位方法。现有的逆超短基线基本上还是简单延续传统超短基线技术，在此基础上做了一定程度的低功耗、小型化改进以适应UUV上使用，但是从实际使用效果看，远未达到预期，尚无法满足日益迫切的UUV水下自主定位导航需求。

发明内容

本发明提供了一种用于水下直升机的定位巡航系统及其工作方法，可以提高水下直升机水下自主定位导航的精度。

一种用于水下直升机的定位巡航系统，包括安装在水下直升机上的捷联惯性导航系统、多普勒计程仪测速系统、逆超短基线定位系统和滤波系统；

所述的捷联惯性导航系统用于获取水下直升机的三维速度、位置和姿态信息；所述的多普勒计程仪测速系统用于测量水下直升机的绝对速度；

所述的逆超短基线定位系统用于进行定位导航，包括复杂宽带编码的多普勒补偿模块、多源伺服时间同步免询问定位模块、多传感器信息融合免校准定位模块和多用户兼容水下自组网定位模块；

所述复杂宽带编码的多普勒补偿模块用于对宽带编码信号的时域波形进行精确跟踪、精细补偿、匹配滤波处理得到理想的相关性，改善水下测距精度；所述的多源伺服时间同步免询问定位模块通过卫星授时、微型原子钟、恒温晶振的协同融合实现水下高精度时间同步；所述的多传感器信息融合免校准定位模块用于融合声学与惯导信息，提高逆超短基线的适用性；所述的多用户兼容水下自组网定位模块用于兼容多个水下直升机或应答器；

所述的滤波系统用于对捷联惯性导航系统、多普勒计程仪测速系统、逆超短基线定位系统输出的信号进行处理，提高导航精度。

进一步地，所述的捷联惯性导航系统包括惯性测量模块、磁强计和计算机解算模块；其中，所述的惯性测量模块通过陀螺仪和加速度计测量出水下直升机相对于海底空间的角速度和加速度；所述的磁强计用于测量地磁场的大小和方向；所述的计算机解算模块用于计算惯性测量模块与磁强计测量的结果，得到水下直升机的三维速度、位置和姿态信息。