一種無(wú)需調(diào)零的auv舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，采用慣性導(dǎo)航器件設(shè)置于AUV的載體平臺(tái)的質(zhì)心位置處、三軸與載體平臺(tái)三軸重合，測(cè)量并解算得到AUV載體平臺(tái)在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息；垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的垂直舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與垂直舵板的三軸重合；水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的水平舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與水平舵板的三軸重合；AUV舵角解算模塊解算獲得垂直舵板和水平舵板在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息；結(jié)合AUV載體平臺(tái)、垂直舵板、水平舵板的姿態(tài)信息和垂直舵板、水平舵板與AUV的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，解算出垂直舵角和水平舵角。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)AUV舵角的精確、實(shí)時(shí)測(cè)量且無(wú)須進(jìn)行調(diào)零操作。
【專利說(shuō)明】
一種無(wú)需調(diào)零的AUV蛇角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于水下機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種無(wú)需調(diào)零的AUV(水下自主航行 器)舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] AUV作為一種自主水下航行器，當(dāng)其在水下執(zhí)行任務(wù)時(shí)，大多數(shù)情況下均處于自主 控制狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)在水下的自主航行功能，AUV都配備有能夠感知自身姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 傳感器，以及能夠通過(guò)這些傳感器信息推算出AUV自身位置的儀器，這一系統(tǒng)通常為慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)。AUV自主航行控制系統(tǒng)通過(guò)從慣性導(dǎo)航系統(tǒng)獲取的AUV姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置等信 息形成對(duì)AUV的運(yùn)動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括主推電機(jī)，舵機(jī)等）的閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)AUV水下自 主航行功能。
[0003] 對(duì)于舵角的控制，直接決定AUV在水下自主航行過(guò)程中的航向控制和定深控制效 果。AUV舵角控制采用閉環(huán)控制。當(dāng)前用于獲取舵角反饋信息的傳感器主要有電位計(jì)、光電 編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。這些傳感器的輸出均為相對(duì)某一零位的角度。而對(duì)于舵角零位的確 定目前在傳統(tǒng)方法中通常采用目測(cè)的方法。這就不可避免地給舵角測(cè)量帶來(lái)了較大的人為 誤差。從而直接影響到AUV水下自主航行的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，能夠消除 AUV舵角測(cè)量過(guò)程中人為因素帶來(lái)的誤差，實(shí)現(xiàn)AUV舵角的精確、實(shí)時(shí)測(cè)量且無(wú)須進(jìn)行調(diào)零 操作。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量 系統(tǒng)，包括水下自主航行器AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊、水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊 和AUV舵角解算模塊。
[0006] AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包含慣性導(dǎo)航器件和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，其中慣性導(dǎo)航器件設(shè)置于AUV 的載體平臺(tái)的質(zhì)心位置處、且其三軸與載體平臺(tái)三軸重合，其測(cè)量獲得的AUV載體平臺(tái)姿態(tài) 信息經(jīng)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)解算得到AUV載體平臺(tái)在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息。
[0007] 垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的垂直舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與垂直舵板 的三軸重合。
[0008] 水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的水平舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與水平舵板 的三軸重合。
[0009] AUV舵角解算模塊通過(guò)有線或無(wú)線通信接口實(shí)時(shí)接收AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、垂直舵姿 態(tài)測(cè)量模塊及水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息;通過(guò)垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息，解 算出垂直舵板在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息;通過(guò)水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息，解算出 水平舵板在地理坐標(biāo)系下的的姿態(tài)信息；結(jié)合AUV載體平臺(tái)、垂直舵板、水平舵板的姿態(tài)信 息和垂直舵板、水平舵板與AUV的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，解算出垂直舵角和水平舵角。
[0010] 進(jìn)一步地，姿態(tài)信息包括航向角、俯仰角和橫滾角。
[0011] 進(jìn)一步地，垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊和水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊為微機(jī)械陀螺MEMS陀螺儀 或者三軸MEMS加速度計(jì)與三軸磁強(qiáng)計(jì)的組合。
[0012] 進(jìn)一步地，水平舵板在AUV載體平臺(tái)上安裝時(shí)，水平舵板軸向與AUV載體平臺(tái)右向 平行，水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的北向與AUV載體平臺(tái)坐標(biāo)系的前向一致，水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊 的天向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的上向一致，水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的東向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的右向 一致。
[0013] 垂直舵板在AUV載體平臺(tái)上安裝時(shí)，垂直舵板軸向與AUV載體平臺(tái)上向平行；垂直 舵姿態(tài)測(cè)量模塊的北向與AUV載體平臺(tái)坐標(biāo)系的前向一致，垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊的天向與 AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的上向一致，垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊的東向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的右向一致。
[0014] 有益效果：
[0015] 本發(fā)明通過(guò)在AUV的載體平臺(tái)、垂直舵板和水平舵板上分別設(shè)置姿態(tài)測(cè)量模塊，能 夠通過(guò)實(shí)施解算的方式計(jì)算AUV的舵角，該系統(tǒng)能夠消除AUV舵角測(cè)量過(guò)程中人為因素帶來(lái) 的誤差，實(shí)現(xiàn)AUV舵角的精確、實(shí)時(shí)測(cè)量且無(wú)須進(jìn)行調(diào)零操作。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)檢測(cè)原理框圖：
[0017] 圖2為慣性導(dǎo)航設(shè)備坐標(biāo)系與AUV載體平臺(tái)坐標(biāo)系關(guān)系。
[0018] 圖3為地磁坐標(biāo)系、地理坐標(biāo)系及航向角ψ、俯仰角Θ、橫滾角γ之間的關(guān)系。
[0019]圖4為第一類(lèi)姿態(tài)測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)，主要由三軸MEMS陀螺儀和姿態(tài)解算微處理單元 組成。
[0020] 圖5為第二類(lèi)姿態(tài)測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)，主要由三軸MEMS加速度計(jì)、三軸磁強(qiáng)計(jì)和姿態(tài)解 算微處理單元組成。
[0021] 圖6為第三類(lèi)姿態(tài)測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)，主要由三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計(jì)、三 軸磁強(qiáng)計(jì)和姿態(tài)解算微處理單元組成。
[0022]圖7為利用三軸加速度計(jì)求解俯仰角和橫滾角的原理示意。
[0023] 圖8為AUV載體平臺(tái)與水平舵及其姿態(tài)測(cè)量模塊安裝關(guān)系及相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式。
[0024] 圖9為AUV載體平臺(tái)與垂直舵及其姿態(tài)測(cè)量模塊安裝關(guān)系及相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]實(shí)施例1、一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，其組成如圖1所示，包括水 下自主航行器AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊，水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊和AUV舵角解 算模塊。
[0027] AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包含慣性導(dǎo)航器件和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，其中慣性導(dǎo)航器件設(shè)置于AUV 的質(zhì)心位置處、且其三軸與AUV三軸重合，二者坐標(biāo)關(guān)系如圖2所示。其測(cè)量獲得的AUV姿態(tài) 信息經(jīng)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)解算得到AUV在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息。
[0028]垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊為三軸角速度測(cè)量?jī)x，該垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中 的垂直舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與垂直舵板的三軸重合。
[0029]水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊為三軸角速度測(cè)量?jī)x，該水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中 的水平舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與水平舵板的三軸重合。
[0030] AUV舵角解算模塊通過(guò)有線或無(wú)線通信接口實(shí)時(shí)接收AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，垂直舵姿 態(tài)測(cè)量模塊，水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息;通過(guò)垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息，解算 出垂直舵板在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息;通過(guò)水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息，解算出水 平舵板在地理坐標(biāo)系下的的姿態(tài)信息；結(jié)合AUV、垂直舵板、水平舵板的姿態(tài)信息和垂直舵 板、水平舵板與AUV的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，解算出垂直舵角和水平舵角。其中地磁坐標(biāo)系、地理坐 標(biāo)系及航向角Ψ、俯仰角Θ、橫滾角γ之間的關(guān)系如圖3所示。
[0031]本實(shí)施例中，姿態(tài)信息包括航向角、俯仰角和橫滾角。
[0032] 三軸角速度測(cè)量?jī)x可以為微機(jī)械陀螺MEMS陀螺儀或者由三軸MEMS加速度計(jì)與三 軸磁強(qiáng)計(jì)組合而成。
[0033] 實(shí)施例2、
[0034]本實(shí)施例中，三軸角速度測(cè)量?jī)x可以為微機(jī)械陀螺MEMS陀螺儀或者由三軸MEMS加 速度計(jì)與三軸磁強(qiáng)計(jì)組合而成。
[0035]其中當(dāng)三軸角速度測(cè)量?jī)x為微機(jī)械陀螺MEMS陀螺儀，包括如下步驟：
[0036]步驟1、基于三軸陀螺儀信號(hào)，采用四元數(shù)或旋轉(zhuǎn)矢量、歐拉角、方向余弦等方法， 求得三個(gè)姿態(tài)角，該類(lèi)姿態(tài)測(cè)量模塊主要結(jié)構(gòu)如圖4所示；
[0037] (1)利用等效旋轉(zhuǎn)矢量法計(jì)算四元數(shù)
[0038] a、分別計(jì)算時(shí)刻T的基礎(chǔ)上增加丨=1/3113 = 2/311，丨=11(11為時(shí)間增量)時(shí)的各個(gè) 角(俯仰角、航向角和橫滾角，均通過(guò)陀螺儀獲得)的增量Θ1，Θ2和θ3 ;
[0039] b、計(jì)算當(dāng)前姿態(tài)角
為當(dāng)前時(shí)刻的俯 仰角；
[0040] c、按如下方式計(jì)算增量四元數(shù)q(h) :q(h)=C，其中
[0041 ]
Φ Q為初始值；
[0042] d、利用= 計(jì)算更新后的四元數(shù)Q(T+h)，其中?表示四元數(shù)乘法； Q( Τ)的初始值為初始時(shí)刻的四元數(shù)，依據(jù)初始時(shí)刻的姿態(tài)和角速度(陀螺儀)計(jì)算出來(lái)； [0043] e、令 Q(T)=Q(T+h)，返回第一步
[0044] f、計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)四元數(shù)后，即可以由下面的步驟2計(jì)算出相應(yīng)的姿態(tài)角。
[0045] 步驟2、由轉(zhuǎn)動(dòng)四元數(shù)計(jì)算姿態(tài)角
[0046] 姿態(tài)就是聯(lián)系載體坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系(地理坐標(biāo)系）角位置變化的參數(shù)。歐拉角 法和四元素法是常用的表示轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系變化的兩種方式。地理坐標(biāo)系的矢量P到載體坐標(biāo)系 的矢量??之間的轉(zhuǎn)動(dòng)變化關(guān)系可以表示為= 其中T為方向余弦矩陣：
[0047
[0048]上式中Φ，θ，γ分別為坐標(biāo)系姿態(tài)變換的航向角、俯仰角、橫滾角。兩坐標(biāo)系之間的 轉(zhuǎn)動(dòng)變換關(guān)系也可以用四元數(shù)表示如下：
[0049]
[0050] 由上兩式可得姿態(tài)角與轉(zhuǎn)動(dòng)四元數(shù)的相互關(guān)系：
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]由此計(jì)算獲得當(dāng)前時(shí)刻T+h的姿態(tài)角。
[0055] 2、基于三軸加速度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)，利用大地磁場(chǎng)和重力場(chǎng)在地理坐標(biāo)系和AUV 載體平臺(tái)坐標(biāo)系之間的方向余弦轉(zhuǎn)換進(jìn)行絕對(duì)角度解算得到三個(gè)姿態(tài)角，該類(lèi)姿態(tài)測(cè)量模 塊主要結(jié)構(gòu)如圖5所示;原理如圖7所示，包括如下步驟：
[0056] 步驟(1)利用三軸加速度計(jì)數(shù)據(jù)求解俯仰角和橫滾角；
[0057] 首先用加速度計(jì)分別測(cè)量出地球的重力加速度在動(dòng)坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸的分量為 fb=[fxb fyb fzb]T。由于航向角的方向與地球重力加速度的方向始終是相互垂直的，所以航 向角的改變并不會(huì)影響姿態(tài)角的數(shù)值，這時(shí)可以令航向角的大小首先為〇°，即Φ = 〇,從而簡(jiǎn) 化了方向余弦矩陣以利于計(jì)算載體的姿態(tài)角。此時(shí)姿態(tài)預(yù)先矩陣如下所示：
[0058]
[0059] Θ為俯仰角，橫滾角。
[0060] 最終求得的航向角是以磁地理坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的，所以寫(xiě)出磁地理坐標(biāo)系下重力加 速度傳感器的輸出值fb=Cfn
[0061] 所以將C帶入上式得
[0062]
[0063] 由上式可求得俯仰角Θ，橫滾角於分別為：
[0064]
[0065] 步驟(2)利用三軸磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)求解航向角(方位角）
[0066] 空間載體的方位角是利用磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器測(cè)得的。首先利用磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器測(cè)量 地磁場(chǎng)在載體坐標(biāo)系上的分量Hb= [Hxb Hyb Hzb]T。
[0067] 當(dāng)磁地理坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系重合的時(shí)候，由于磁力線垂直于OE軸（地理東方 向），所以磁場(chǎng)在三個(gè)軸上的分量為Hn= [Hxn 0 Hzn]T，Hxn為磁地理坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系重合 時(shí)由地磁場(chǎng)在X軸產(chǎn)生的分量，Hzn為磁地理坐標(biāo)系與載體重合時(shí)由地磁場(chǎng)在載體坐標(biāo)系Z軸 上產(chǎn)生的分量。當(dāng)載體坐標(biāo)系發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，在相應(yīng)坐標(biāo)軸所產(chǎn)生的分量爐為
[0068]
[0069] C為姿態(tài)預(yù)先矩陣，由于C是正交矩陣有關(guān)系式Ct=CT1,所以可以得到下面的關(guān)系：
[0070]
[0071] 故
[0072] H^!' = cos(pH +sini9sinφΗ,h -i-cosi9sinφΗ!'
[0073] Hyn = cos0Hyb-sin0Hzb
[0074] 由上面公式可以得到航向角為it = arCtan(Hyn/Hxn)
[0075] 由于正切函數(shù)的定義域在(_2Λ，2Λ)，為了避免出現(xiàn)超出定義域范圍，有如下定 義：
[0076] (6 = 270, (Hxn = O,Hyn<0)
[0077] (6 = 90, (Hxn = O,Hyn>0)
[0078] φ = 180+arctan (Hyn/Hxn) * (I 80/jt )，（Hxn< 0)
[0079] it = arctan(Hy7Hxn)*(180/3T),(Hxn>0,Hy n>0)
[0080] φ = 360+arCtan (HyrVHxn) * (I 80/jt )，（Hxn> 0，Hyn< 0)
[0081] 因?yàn)榈乩肀睒O與地球磁場(chǎng)北極不相同，用磁偏角α表示地理子午平面與地球表面 任意地點(diǎn)地磁強(qiáng)度矢量所在垂直平面夾角，該角可通過(guò)以經(jīng)煒度為參考的查表來(lái)得到。所 以，載體相對(duì)于地理北的航向角可用ΦΜ=Φ±α表示。
[0082] 3、第三類(lèi)姿態(tài)測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)，主要由三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計(jì)、三軸磁 強(qiáng)計(jì)和姿態(tài)解算微處理單元組成。其中，三軸MEMS陀螺儀輸出三個(gè)軸的角速度;三軸MEMS加 速度計(jì)輸出三個(gè)軸向的加速度;三軸磁強(qiáng)計(jì)輸出三個(gè)軸上的磁場(chǎng)強(qiáng)度;姿態(tài)解算微處理單 元通過(guò)三軸MEMS陀螺的輸出信息解算出第一組航向角、俯仰角和橫滾角信息，通過(guò)三軸 MEMS加速度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)的輸出信息解算出第二組航向角、俯仰角和橫滾角信息，然后 利用專家系統(tǒng)、卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等手段對(duì)兩組航向角、俯仰角和橫滾角進(jìn)行信息融 合，得到更為精確的姿態(tài)信息。
[0083]本實(shí)施例中，要保證水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的水平舵板的質(zhì)心位置、且 其三軸與水平舵板的三軸重合，應(yīng)當(dāng)采用如下安裝方式：水平舵板在AUV載體平臺(tái)上安裝 時(shí)，需保證水平舵板軸向與AUV載體平臺(tái)右向平行。水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的北向與AUV載體 平臺(tái)坐標(biāo)系的前向一致，姿態(tài)測(cè)量模塊的天向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的上向一致;姿態(tài)測(cè)量模塊 的東向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的右向一致。則水平舵只能在平行于AUV載體平臺(tái)前向和上向的平 面內(nèi)以AUV載體平臺(tái)右向?yàn)檩S進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。即操控水平舵時(shí)，水平舵板所在的平面相對(duì) AUV載體平臺(tái)而言，只存在俯仰方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。AUV載體平臺(tái)與水平舵間的安裝方式及其 相對(duì)位置關(guān)系和相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式如圖8所不。
[0084] 要保證垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的垂直舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與垂 直舵板的三軸重合，具體可采用如下安裝方式:垂直舵板在AUV載體平臺(tái)上安裝時(shí)，需保證 垂直舵板軸向與AUV載體平臺(tái)上向平行;垂直舵中姿態(tài)測(cè)量模塊的北向與AUV載體平臺(tái)坐標(biāo) 系的前向一致，姿態(tài)測(cè)量模塊的天向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的上向一致，姿態(tài)測(cè)量模塊的東向與 AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的右向一致。則垂直舵只能在平行于AUV載體平臺(tái)前向和右向的平面內(nèi)以 AUV載體平臺(tái)上向?yàn)檩S進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。即操控垂直舵時(shí)，垂直舵板所在的平面相對(duì)AUV載體 平臺(tái)而言，只存在航向方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。AUV載體平臺(tái)與垂直舵間的安裝方式及其相對(duì)位置 關(guān)系和相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式如圖9所示。
[0085] 綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括水下自主航行器AUV 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊、水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊和AUV舵角解算模塊； 所述AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包含慣性導(dǎo)航器件和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，其中慣性導(dǎo)航器件設(shè)置于AUV 的載體平臺(tái)的質(zhì)心位置處、且其三軸與載體平臺(tái)三軸重合，其測(cè)量獲得的AUV載體平臺(tái)姿態(tài) 信息經(jīng)所述導(dǎo)航計(jì)算機(jī)解算得到AUV載體平臺(tái)在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息； 所述垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的垂直舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與垂直舵板 的三軸重合； 所述水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊設(shè)置于AUV中的水平舵板的質(zhì)心位置、且其三軸與水平舵板 的三軸重合； 所述AUV舵角解算模塊通過(guò)有線或無(wú)線通信接口實(shí)時(shí)接收AUV慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、垂直舵姿 態(tài)測(cè)量模塊及水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息;通過(guò)垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息，解 算出垂直舵板在地理坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息;通過(guò)水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的測(cè)量信息，解算出 水平舵板在地理坐標(biāo)系下的的姿態(tài)信息；結(jié)合AUV載體平臺(tái)、垂直舵板、水平舵板的姿態(tài)信 息和垂直舵板、水平舵板與AUV的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，解算出垂直舵角和水平舵角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所 述姿態(tài)信息包括航向角、俯仰角和橫滾角。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所 述垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊和水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊為微機(jī)械陀螺MEMS陀螺儀或者三軸MEMS加 速度計(jì)與三軸磁強(qiáng)計(jì)的組合。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需調(diào)零的AUV舵角精確實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所 述水平舵板在AUV載體平臺(tái)上安裝時(shí)，水平舵板軸向與AUV載體平臺(tái)右向平行，水平舵姿態(tài) 測(cè)量模塊的北向與AUV載體平臺(tái)坐標(biāo)系的前向一致，水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的天向與AUV平臺(tái) 坐標(biāo)系的上向一致，水平舵姿態(tài)測(cè)量模塊的東向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的右向一致； 垂直舵板在AUV載體平臺(tái)上安裝時(shí)，垂直舵板軸向與AUV載體平臺(tái)上向平行；垂直舵姿 態(tài)測(cè)量模塊的北向與AUV載體平臺(tái)坐標(biāo)系的前向一致，垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊的天向與AUV平 臺(tái)坐標(biāo)系的上向一致，垂直舵姿態(tài)測(cè)量模塊的東向與AUV平臺(tái)坐標(biāo)系的右向一致。
【文檔編號(hào)】G01C21/20GK105841698SQ201610180281
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】向偉, 査智, 王玥, 楊海鵬, 張建軍, 黃宇
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七研究所, 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所