CN111240346A - 深海auv无人监控平台跟踪方法 - Google Patents

深海auv无人监控平台跟踪方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111240346A
CN111240346A CN201811430336.6A CN201811430336A CN111240346A CN 111240346 A CN111240346 A CN 111240346A CN 201811430336 A CN201811430336 A CN 201811430336A CN 111240346 A CN111240346 A CN 111240346A
Authority
CN
China
Prior art keywords
auv
monitoring platform
unmanned monitoring
underwater
unmanned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811430336.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111240346B (zh
Inventor
徐春晖
王晓飞
李阳
宛利鹤
马振波
姜金祎
蒋兴宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Institute of Automation of CAS
Original Assignee
Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Institute of Automation of CAS filed Critical Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority to CN201811430336.6A priority Critical patent/CN111240346B/zh
Publication of CN111240346A publication Critical patent/CN111240346A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111240346B publication Critical patent/CN111240346B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0875—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted to water vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及海洋装备，水下机器人技术领域，具体来说是一种深海AUV无人监控平台跟踪方法。本发明由水面波浪滑翔机(包括水面浮体、水下蹼翼及中间脐带电缆)、水声通讯机、GPS、铱星、可释放浮块、辅助推进器。AUV上安装能与无人监控平台通讯的水声通讯机。母船上安装能与无人监控平台通讯的铱星模块。通过水面无人监控平台，在母船和AUV中间起到承接作用，代替母船完成对AUV的跟踪、通讯等水下监控任务，涉及到跟踪方法，通讯方式。本发明为深海大洋航次调查提供了既经济又提高母船效率的有益效果，无人监控平台尽可能跟踪水下AUV，并保证在失联后能尽快恢复跟踪水下AUV。

Description

深海AUV无人监控平台跟踪方法
技术领域
本发明涉及海洋装备，水下机器人技术领域，具体来说是一种深海AUV无人监控平台通讯及跟踪方法。
背景技术
在深海科学调查和资源勘查中，AUV发挥越来越重要的作用。
深海海域作业一般都远离陆地，需要母船远距离航行到作业区。AUV由于是无人无缆的潜水器，在深海中需要脱离母船自主航行作业，其风险较大，因此一般需要母船伴航进行监控，以确保AUV的安全。
考虑到深海航次调查应用船时有限，母船运行成本较高，希望采用无母船值守监控，在AUV下水作业后，母船可执行其他任务，待潜水器使命任务结束后，母船返回到作业区进行回收。
水面无人监控平台作为辅助，在母船和AUV中间起到信息承接作用，实现无船状态下的水下监控，从而在AUV深海航次调查应用水下作业期间既能解放母船，又能达到监控的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一个水面无人监控平台通讯及跟踪方法，在母船和AUV中间起到信息承接作用，实现无船状态下的水下监控。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：深海AUV无人监控平台跟踪方法，无人监控平台分别与母船、AUV进行无线通信，实现母船对AUV的无人监控跟踪，包括以下步骤：
1)AUV在水下根据作业任务航行；
2)无人监控平台接收水下AUV的数据发送到母船上，并发送无人监控平台的状态信息发送至母船；
3)若母船发送平台控制命令至无人监控平台，无人监控平台根据平台控制命令静止或移动；若母船发送AUV控制指令至无人监控平台时，无人监控平台通过水声通讯机下达给AUV。
所述水下AUV的数据包括AUV在深海中的位置坐标(Xauv，Yauv，Zauv)；其中Xauv为经度，Yauv为纬度，Zauv为深度。
所述无人监控平台自身的状态信息包括水面无人监控平台在水面的位置坐标(Xsuv，Ysuv，0)和r；其中Xsuv为经度，Ysuv为纬度；r为AUV与无人监控平台的距离，即
Figure BDA0001882548010000021
当AUV与无人监控平台距离小于阈值b时，水面无人监控平台使用波浪能航行跟踪；
当距离大于b时，启用辅助推进器；
若无法跟踪上AUV时，即距离大于限值或者若干分钟无声通讯机信号，无人监控平台向距离失联位置最近的汇合点航行并等待。
无人监控平台由辅助推进器驱动，具体如下：
辅助推进器的最大推力乘以折扣系数，乘积作为辅助推进器的输出推力，使辅助推进器驱动水下蹼翼移动；
其中，折扣系数如下：
Figure BDA0001882548010000022
r为AUV与无人监控平台的距离，k为调节系数，b为启动辅助推进器距离。
无人监控平台根据SUV的位置规划路径，具体如下：
无人监控平台判断与AUV的运动趋势：水下AUV当前航向角为α，设以无人监控平台为中心点，在水平面上AUV与汇合点构成的夹角为β，差角为δ＝abs(α-β)，abs表示取绝对值；
δ＜90度,则为远离；
δ≥90度,则为靠近；
无人监控平台判断其本身与水下AUV及当前汇合点的位置关系：以汇合点为中心，在三维空间中，无人监控平台与AUV夹角为γ；
γ＜90度,则无人监控平台和水下AUV在汇合点的同侧；
γ≥90度,则无人监控平台和水下AUV在汇合点的两侧；
无人监控平台SUV的跟踪策略如下：
无人监控平台和水下AUV在汇合点两侧时，则SUV向汇合点运行；
无人监控平台和水下AUV在汇合点同侧时，若SUV远离汇合点，跟踪AUV；
若AUV靠近汇合点，则SUV向汇合点运行。
无人监控平台跟踪航向为σ，则
Figure BDA0001882548010000031
深海AUV无人监控平台，包括由电缆连接的水面浮体和水下蹼翼；
水下蹼翼悬挂在水面浮体下面，并设有水声通讯机、辅助推进器，用于通过水声通讯机将来自AUV的数据，通过水面浮体的水声通讯机、由铱星模块发送至母船；
所述水面浮体设有水声通讯机、GPS和铱星模块，通过铱星模块接收母船的控制命令：
若是平台控制命令，则根据平台控制命令动作；
若是AUV控制命令，通过水声通讯机将该命令转发至AUV。
本发明具有以下有益效果及优点
1.无船状态下的水下监控，在AUV深海航次调查应用水下作业期间既能解放母船，提高母船作业效率，又能达到监控的目的。
2.在水下AUV进行割草机路径作业时，水面监控平台通过对水下AUV行为的预判，在自身航行能力有限的情况下，仍能长时间的跟踪、监控AUV。
3.使用波浪滑翔机作为无人监控平台的航行主体由于直接使用波浪能，连续工作时间可达几十天或几个月。其与无人船相比价格较低，更经济。
4.本发明中的方法除了可以使用波浪滑翔机还可以用在无人船等其他水面航行设备上；母船上的监控模块也可以搭建在岸基上。
5.本发明为深海大洋航次调查提供了既经济又提高母船效率的有益效果，无人监控平台尽可能跟踪水下AUV，并保证在失联后能尽快恢复跟踪水下AUV。
附图说明
图1是割草机测线及汇合点示意图。
图2是无人监控平台通讯方法示意图。
图3无人监控平台在水平面上与AUV、汇合点行成夹角示意图。
图4位置关系判断示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的目的在于提供一个水面无人监控平台通讯及跟踪方法，在母船和AUV中间起到信息承接作用，实现无船状态下的水下监控。
本发明由水面波浪滑翔机(包括水面浮体、水下蹼翼、中间电缆连接)、水声通讯机、GPS、铱星、可释放浮块、辅助推进器组成。
所述的水声通讯机换能器、辅助推进器安装于水面波浪滑翔机的水下蹼翼；水声通讯机电子舱、GPS、铱星、可释放浮块安装于水面波浪滑翔机的水面浮体中；水声通讯机换能器和电子舱的通讯通过水面波浪滑翔机中间脐带电缆连接。
AUV上安装能与无人监控平台通讯的水声通讯机。
母船上安装能与无人监控平台通讯的铱星模块。
通过水面无人监控平台，在母船和AUV中间起到承接作用，代替母船完成对AUV的跟踪、通讯等水下监控任务。
如图1所示，AUV在水下根据作业任务预先设定按照割草机路径往复航行。航行测线号为m，则对应的汇合点序号为n。
有
Figure BDA0001882548010000041
相应汇合点坐标为(X(n)，Y(n)，0)；INT表示向下取整。
如图2所示，工作中无人监控平台上的声通讯机接收水下AUV的数据“AUV包”，通过铱星发送到母船上，期间也会发送无人监控平台自身的状态信息，即“平台包+AUV包”，母船上通过铱星发送“平台控制/AUV控制”命令，控制无人监控平台或AUV，如果是“AUV控制”指令，无人监控平台则通过水声通讯机下达给AUV。
AUV在深海中的位置坐标(Xauv，Yauv，Zauv)，其中Xauv为经度，Yauv为纬度，Zauv为深度。水面无人监控平台在水面的位置坐标(Xsuv，Ysuv，0)，其中Xsuv为经度，Ysuv为纬度。r为AUV与水面无人监控平台的距离，即
Figure BDA0001882548010000051
AUV在水下根据作业任务预先设定按照割草机路径往复航行。水面无人监控平台在第1个汇合点等待，并根据接收到的声通讯机位置信息跟踪AUV。
由于无人监控平台航行能力有限，在需要时启动辅助推进器，设辅助推进折扣系数为y∈(0，1)，则有下式：
Figure BDA0001882548010000052
其中r为AUV与水面无人监控平台的距离，k为调节系数，b为启动辅助推进器距离。
可知AUV与无人监控平台距离小于b时，水面无人监控平台使用波浪能正常航行跟踪；当距离大于b时,启用辅助推进器；若由于海流等原因无法跟踪上AUV时，即距离大于
Figure BDA0001882548010000053
(D为声通讯机最大作用距离)或者15分钟无声通讯机信号，无人监控平台向距离失联位置最近的汇合点(X(n)，Y(n)，0)航行等待。
无人监控平台判断与AUV的运动趋势，水下AUV当前航向角为α，设以无人监控平台为中心点，在水平面上AUV与汇合点行成的夹角为β(如图3所示)，差角为δ＝abs(α-β)。
δ＜90度,则为远离；
δ≥90度,则为靠近。
无人监控平台判断其本身与水下AUV及当前汇合点的位置关系。
如图4所示，以汇合点为中心，在三维空间中，无人监控平台与AUV夹角为γ。
γ＜90度,则无人监控平台和水下AUV在汇合点的同侧；
γ≥90度,则无人监控平台和水下AUV在汇合点的两侧。
则无人监控平台SUV的跟踪策略如下：
无人监控平台和水下AUV在汇合点两侧时，则SUV向汇合点运行。
无人监控平台和水下AUV在汇合点同侧时，若SUV远离汇合点，跟踪AUV；
若AUV靠近汇合点，则SUV向汇合点运行。
无人监控平台跟踪航向为σ，则
Figure BDA0001882548010000061

Claims (8)

1.深海AUV无人监控平台跟踪方法，其特征在于，无人监控平台分别与母船、AUV进行无线通信，实现母船对AUV的无人监控跟踪，包括以下步骤：
1)AUV在水下根据作业任务航行；
2)无人监控平台接收水下AUV的数据发送到母船上，并发送无人监控平台的状态信息发送至母船；
3)若母船发送平台控制命令至无人监控平台，无人监控平台根据平台控制命令静止或移动；若母船发送AUV控制指令至无人监控平台时，无人监控平台通过水声通讯机下达给AUV。
2.根据权利要求1所述的深海AUV无人监控平台跟踪方法，其特征在于，所述水下AUV的数据包括AUV在深海中的位置坐标(Xauv，Yauv，Zauv)；其中Xauv为经度，Yauv为纬度，Zauv为深度。
3.根据权利要求1所述的深海AUV无人监控平台跟踪方法，其特征在于，所述无人监控平台自身的状态信息包括水面无人监控平台在水面的位置坐标(Xsuv，Ysuv，0)和r；其中Xsuv为经度，Ysuv为纬度；r为AUV与无人监控平台的距离，即
Figure FDA0001882545000000011
4.根据权利要求1所述的深海AUV无人监控平台跟踪方法，其特征在于，
当AUV与无人监控平台距离小于阈值b时，水面无人监控平台使用波浪能航行跟踪；
当距离大于b时，启用辅助推进器；
若无法跟踪上AUV时，即距离大于限值或者若干分钟无声通讯机信号，无人监控平台向距离失联位置最近的汇合点航行并等待。
5.根据权利要求1所述的深海AUV无人监控平台跟踪方法，其特征在于，无人监控平台由辅助推进器驱动，具体如下：
辅助推进器的最大推力乘以折扣系数，乘积作为辅助推进器的输出推力；
其中，折扣系数如下：
Figure FDA0001882545000000021
r为AUV与无人监控平台的距离，k为调节系数，b为启动辅助推进器距离。
6.根据权利要求1所述的深海AUV无人监控平台跟踪方法，其特征在于，无人监控平台根据SUV的位置规划路径，具体如下：
无人监控平台判断与AUV的运动趋势：水下AUV当前航向角为α，设以无人监控平台为中心点，在水平面上AUV与汇合点构成的夹角为β，差角为δ＝abs(α-β)，abs表示取绝对值；
δ＜90度,则为远离；
δ≥90度,则为靠近；
无人监控平台判断其本身与水下AUV及当前汇合点的位置关系：以汇合点为中心，在三维空间中，无人监控平台与AUV夹角为γ；
γ＜90度,则无人监控平台和水下AUV在汇合点的同侧；
γ≥90度,则无人监控平台和水下AUV在汇合点的两侧；
无人监控平台SUV的跟踪策略如下：
无人监控平台和水下AUV在汇合点两侧时，则SUV向汇合点运行；
无人监控平台和水下AUV在汇合点同侧时，若SUV远离汇合点，跟踪AUV；
若AUV靠近汇合点，则SUV向汇合点运行。
7.根据权利要求1所述的深海AUV无人监控平台跟踪方法，其特征在于，无人监控平台跟踪航向为σ，则
Figure FDA0001882545000000022
8.深海AUV无人监控平台，其特征在于，包括由电缆连接的水面浮体和水下蹼翼；
水下蹼翼悬挂在水面浮体下面，并设有水声通讯机、辅助推进器，用于通过水声通讯机将来自AUV的数据，通过水面浮体的水声通讯机、由铱星模块发送至母船；
所述水面浮体设有水声通讯机、GPS和铱星模块，通过铱星模块接收母船的控制命令：
若是平台控制命令，则根据平台控制命令动作；
若是AUV控制命令，通过水声通讯机将该命令转发至AUV。
CN201811430336.6A 2018-11-28 2018-11-28 深海auv无人监控平台跟踪方法 Active CN111240346B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811430336.6A CN111240346B (zh) 2018-11-28 2018-11-28 深海auv无人监控平台跟踪方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811430336.6A CN111240346B (zh) 2018-11-28 2018-11-28 深海auv无人监控平台跟踪方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111240346A true CN111240346A (zh) 2020-06-05
CN111240346B CN111240346B (zh) 2021-07-23

Family

ID=70863725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811430336.6A Active CN111240346B (zh) 2018-11-28 2018-11-28 深海auv无人监控平台跟踪方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111240346B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112034866A (zh) * 2020-09-17 2020-12-04 哈尔滨工程大学 一种水下机器人跟踪制导的方法及装置
CN114995470A (zh) * 2022-06-23 2022-09-02 国家深海基地管理中心 一种基于无人船的有人和无人潜水器协同作业***及方法
CN115113622A (zh) * 2022-06-24 2022-09-27 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种水面无人智能平台运动跟踪方法
CN115167485A (zh) * 2022-06-23 2022-10-11 国家深海基地管理中心 一种自主水下航行器和载人潜水器的协同作业***

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1709766A (zh) * 2005-06-16 2005-12-21 上海交通大学 浮力和推进器双驱动方式远程自治水下机器人
CN101513927A (zh) * 2009-03-20 2009-08-26 中国人民解放军国防科学技术大学 基于波浪能的倾转旋翼矢量推进器
CN102455708A (zh) * 2010-10-28 2012-05-16 上海振华重工(集团)股份有限公司 船舶动力定位的船舶模型在线辨识和控制***和方法
CN103376802A (zh) * 2012-04-18 2013-10-30 中国科学院沈阳自动化研究所 一种利用水面机器人跟踪水下机器人的方法
CN104142688A (zh) * 2014-08-06 2014-11-12 深圳乐智机器人有限公司 一种水下机器人平台
CN104765370A (zh) * 2015-04-15 2015-07-08 哈尔滨工业大学 有环境干扰下考虑侧滑角的uuv航迹视线导引法
CN106681352A (zh) * 2015-11-06 2017-05-17 中国科学院沈阳自动化研究所 一种可旋转舵推进器的水下机器人控制方法
CN106873578A (zh) * 2017-04-27 2017-06-20 南通大学 无人作业智能船装置及控制***
CN107272714A (zh) * 2017-08-09 2017-10-20 深圳市北航旭飞科技有限公司 海事监控***
CN107576328A (zh) * 2017-08-22 2018-01-12 西北工业大学 一种用于水下航行器的水面自动跟踪监控***
CN207198664U (zh) * 2017-08-09 2018-04-06 深圳市北航旭飞科技有限公司 海事监控***

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1709766A (zh) * 2005-06-16 2005-12-21 上海交通大学 浮力和推进器双驱动方式远程自治水下机器人
CN101513927A (zh) * 2009-03-20 2009-08-26 中国人民解放军国防科学技术大学 基于波浪能的倾转旋翼矢量推进器
CN102455708A (zh) * 2010-10-28 2012-05-16 上海振华重工(集团)股份有限公司 船舶动力定位的船舶模型在线辨识和控制***和方法
CN103376802A (zh) * 2012-04-18 2013-10-30 中国科学院沈阳自动化研究所 一种利用水面机器人跟踪水下机器人的方法
CN104142688A (zh) * 2014-08-06 2014-11-12 深圳乐智机器人有限公司 一种水下机器人平台
CN104765370A (zh) * 2015-04-15 2015-07-08 哈尔滨工业大学 有环境干扰下考虑侧滑角的uuv航迹视线导引法
CN106681352A (zh) * 2015-11-06 2017-05-17 中国科学院沈阳自动化研究所 一种可旋转舵推进器的水下机器人控制方法
CN106873578A (zh) * 2017-04-27 2017-06-20 南通大学 无人作业智能船装置及控制***
CN107272714A (zh) * 2017-08-09 2017-10-20 深圳市北航旭飞科技有限公司 海事监控***
CN207198664U (zh) * 2017-08-09 2018-04-06 深圳市北航旭飞科技有限公司 海事监控***
CN107576328A (zh) * 2017-08-22 2018-01-12 西北工业大学 一种用于水下航行器的水面自动跟踪监控***

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112034866A (zh) * 2020-09-17 2020-12-04 哈尔滨工程大学 一种水下机器人跟踪制导的方法及装置
CN112034866B (zh) * 2020-09-17 2023-01-06 哈尔滨工程大学 一种水下机器人跟踪制导的方法及装置
CN114995470A (zh) * 2022-06-23 2022-09-02 国家深海基地管理中心 一种基于无人船的有人和无人潜水器协同作业***及方法
CN115167485A (zh) * 2022-06-23 2022-10-11 国家深海基地管理中心 一种自主水下航行器和载人潜水器的协同作业***
CN114995470B (zh) * 2022-06-23 2023-09-22 国家深海基地管理中心 一种基于无人船的有人和无人潜水器协同作业***及方法
CN115113622A (zh) * 2022-06-24 2022-09-27 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种水面无人智能平台运动跟踪方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111240346B (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111240346B (zh) 深海auv无人监控平台跟踪方法
Roper et al. Autosub long range 6000: A multiple-month endurance AUV for deep-ocean monitoring and survey
CN106394833A (zh) 一种爬游混合型无人潜水器及其使用方法
CN109238291A (zh) 一种水面无人船导引缆回收自主水下航行器的规划方法
CN109131801A (zh) 全海深无人潜水器的自主回收装置及控制方法
TW201620785A (zh) 用於執行表面操作之航海機具
Jung et al. A study on unmanned surface vehicle combined with remotely operated vehicle system
CN109080799A (zh) 基于水面中继设备辅助的水下机器人定位和操控***
CN110347168A (zh) 一种实时追踪水下机器人的方法、***和无人中继装备
CN105549602A (zh) 浮力均衡装置辅助的uuv主动坐底方法
Bellingham et al. A small, long-range autonomous vehicle for deep ocean exploration
KR102134253B1 (ko) 수상 플랫폼의 수중 플랫폼 복합 모드 운용 장치 및 시스템
EP3696078A1 (en) A method and system for piloting an unmanned marine surface vessel
Yamagata et al. Development of AUV MONACA-Hover-Capable Platform for Detailed Observation Under Ice–
CN208993903U (zh) 全海深无人潜水器的自主回收装置
CN114995470A (zh) 一种基于无人船的有人和无人潜水器协同作业***及方法
Bane et al. The evolutionary development of the military autonomous underwater vehicle
CN113492956A (zh) 一种水下机器人
Chou et al. Mechanical Imaging Sonar-based AUV Wall Following in a Water Tank
Kato et al. Optimization of configuration of autonomous underwater vehicle for inspection of underwater cables
Morito et al. Sea urchin survey system in coastal areas using a μ-ASV
CN110294074B (zh) 一种具有北斗差分信号动力定位***的科考船
Brown et al. Development of a multi-AUV SLAM testbed at the University of Michigan
Ali Spherically Designed Autonomous Underwater Vehicle (AUV)
RU2766365C1 (ru) Контролируемый мобильный гидроакустический буй-маяк

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant