[发明专利]一种水下无人航行器观测任务的同步虚拟推演装置

摘要

本发明涉及一种面向观探测任务的水下无人航行器观测任务的同步虚拟推演装置。一种水下无人航行器观测任务的同步虚拟推演装置，包括水面监控计算机1、多路通信设备2、虚拟航行器系统任务管理计算机3、虚拟航行器系统运动控制计算机4、虚拟显示计算机5、外部测量定位装置6、真实航行器系统7、虚拟航行器系统8.本发明能够准确同步预测航行器在执行任务时的位置和姿态，并实时显示出航行器的航行轨迹，避免因水下通信阻碍造成的不可人为监控状态下的危险性动作，为试验人员和使用者提供一个可视化的估计手段，对提高水下无人航行器的安全性和可靠性水平具有重要意义。

主权项

一种水下无人航行器观测任务的同步虚拟推演装置，包括水面监控计算机(1)、多路通信设备(2)、虚拟航行器系统任务管理计算机(3)、虚拟航行器系统运动控制计算机(4)、虚拟显示计算机(5)、外部测量定位装置(6)、真实航行器系统(7)、虚拟航行器系统(8)，其特征在于：水面监控计算机(1)同时向虚拟航行器系统(8)和真实航行器系统(7)发送指令使命任务，将生成的指令航迹发送至虚拟显示计算机；虚拟航行器系统(8)接收到由水面监控计算机(1)发送的指令后，经任务管理计算机(3)解算并下达至运动控制计算机(4)；运动控制计算机(4)建立航行器数字化模型，生成航行器位置参数和执行机构参数传入虚拟显示计算机(5)中进行V视景仿真显示循环,从而更新场景、动态的显示航行器在已知航迹下的运动过程，完成与真实航行器的同步虚拟推演；水面监控计算机(1)通过多通路通信设备(2)接收真实航行器上报的经外测设备(6)获取的位置信息，并转发至虚拟显示计算机(5)，当二者显示的位姿信息误差较大时，选择信任外测设备定位信息为真值，完成对虚拟航行器位姿的校准；虚拟航行器系统和真实航行器系统同时接收来自水面监控系统的指令，在网络资源分配方面采用指令单一发送和多方发送两种切换模式，避免因两套系统同时运行带来的信号冲突；所述的多路通信设备(2)由无线电、无线网络、北斗通信和水声通讯组成，当航行器在水面作业时水面监控计算机可通过无线电、无线网络和北斗通信接收真实航行器系统上报的位姿信息，而在水下作业时只能采用通讯声呐进行通信；水面监控计算机(1)、虚拟航行器系统任务管理计算机(3)、虚拟航行器系统运动控制计算机(4)和虚拟显示计算机(5)通过网络设备连接；虚拟航行器系统(8)由虚拟航行器系统任务管理计算机(3)和虚拟航行器系统运动控制计算机(4)组成，完成对真实航行器任务管理及控制过程的同步模拟；所述的外部测量定位装置测出实际航行器位置信息为经度、纬度、深度；首先经水面监控计算机(1)对航行器进行初始化并给出空间目标点(x,y,z)，由虚拟航行器任务管理计算机(3)据导航制导器分别求解出航行器指令航速下的期望航向角和纵倾角即φd，ud和θd，然后通过嵌入在虚拟航行器运动控制计算机(4)内的航速、航向角和纵倾角运动控制器分别求解出垂直舵舵角指令δrc、推进器转速指令nrc和水平舵舵角指令δsc，而δr、nr、δs分别为相应执行机构的实际测量值，代入航行器空间六自由度动力学模型经四阶龙哥 库塔法解算，求得航行器的实际航速、实际艏向角和实际纵倾角u、φ、θ，经运动学模型求得航行器船体坐标系下的位姿，最后经坐标变换得到航行器在大地坐标系下的运动信息。