基于长基线系统深海采矿ROV精确定位

对于深海采矿集矿机ROV的定位,采用传统的长基线水声定位系统通常存在较大误差。对此提出了一种新的算法模型,首先通过比较集矿机测量位置与前一次修正位置的几何关系,对当前集矿机的位置进行修正,然后利用新的集矿机位置修正声速的数值,并得出重新修正后的集矿机测量位置。这样反复的多重迭代使得在某一时刻集矿机ROV的测量位置逐步趋近其理想位置,实现长基线系统的水声精确的三维立体定位。通过数值仿真分析,结果显示与传统的长基线水声定位方法相比,通过该方法获得的集矿机行驶轨迹能更好地趋近其理想行驶曲线,表明该算法的有效性。     

超短基线定位的海上应用及精度评估

超短基线定位系统可以为水下调查设备提供精确的定位信息,是当今海洋探测工作必不可少的装备。超短基线定位系统的定位结果包含了多种来源的误差影响,对超短基线定位数据进行有效的处理是保证水下精确定位的前提。本文通过对超短基线基阵进行校准,并对其定位精度进行精度评估,对海上应用采集到的数据进行处理分析,对原始数据中出现的跳点进行剔除、滤波处理,得到较可靠的水下定位结果。     

深水AUV系统湿模态分析

以国家科技重大专项研制的深水AUV系统为研究对象,借助商业软件ANSYS,从一个新的角度——AUV湿模态分析,研究了各种外界激励的频率特性。为避免AUV发生共振,应保证AUV所受到的各种外界激励的频率远低于AUV的第7阶固有频率,基于此,我们对AUV航行时的干扰源、AUV搭载的机械结构以及AUV附属结构的对于AUV本体的产生的激励频率进行了计算。计算结果显示,低于AUV本体的固有频率,不会对AUV的稳定性产生影响,实现了AUV本体振动不会影响各传感器的正常工作的设计。     

三种软件解算GPS长基线的精度分析

探讨利用LGO、TGO和Pinnacle三种GPS数据处理商业软件解算长基线的方法。通过实例计算,与GPS数据处理软件GAMIT解算结果进行对比分析,再利用不同解算方式和不同改正模型对基线解算精度进行比较,验证了LGO、TGO和Pinnacle能够在不同长度的基线范围内解算出高精度的成果。根据工程的精度要求,可以选用不同商业软件进行数据处理,对GPS数据处理方法进行了有益的探索。     

水下滑翔机海上试验研究

介绍了水下滑翔机工程样机"海翔1"号2015年在南海的海上试验情况,包括试验对象、试验海区、试验步骤和试验数据分析等。本次试验最大下潜深度达到503.7 m,最大垂直速度为0.15m/s,最大水平航速为0.33 m/s,水中航行里程总计41.2 km。在4级海况下完成了通信定位、数据传输、布放与回收作业,搭载了CTD、叶绿素和溶解氧浓度传感器进行海洋环境参数测量,获得了500 m深度剖面内的温度、电导率、叶绿素浓度和溶解氧浓度参数信息。本次海上试验为水下滑翔机产品设计定型和示范应用奠定基础。     

四点长基线深海定位模型建立方法及精度分析

高精度水下定位技术对于维护国家海疆安全、海洋权益和国民经济建设具有十分重要意义和实际应用价值。根据射线在水中的传播特性,利用双曲面定位方法建立长基线深海定位模型,通过计算机仿真获得4 000 m水下信源在10 km~2正方形范围内的定位误差精度及分布规律。结果表明:浮标网络中心位置定位精度最高,可得到亚米级;离中心位置越远,定位精度越差。     

一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法

自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。     

自治水下机器人机械手系统协调运动研究

简单描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计,鉴于自治水下机器人-机械手系统运动学冗余、内部可能干涉以及载体圆筒式外形等特点,将惩罚调节因子引入系统运动学伪逆矩阵,保证了关节在允许范围内运动,避免载体大幅度姿态变化及载体与机械手之间的干涉,同时采用梯度投影法优化海流作用下的系统推力。仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地协调多任务下的系统动作。     

超短基线定位系统在深拖探测中的应用

作为水下探测设备的载体,深拖系统可长时间大范围的进行海洋调查,其水下位置的准确与否,将直接关系到探测资料的可用度。该文从深拖水下导航定位的关键技术问题出发,总结了适用于深拖系统的水下定位方法,重点介绍了具备高稳定度、高精度等诸多优点的超短基线声学定位系统。结合实例,阐述了超短基线定位工作原理、误差分析及数据处理方法,在拖曳系统匀速直线运动状态下,基于抗差自适应卡尔曼滤波算法对超短基线定位数据进行了处理,滤除了定位数据中的跳点,得到了较平滑且与原始数据相吻合的滤波数据。     

集成深拖与AUV对洋中脊热液喷口的联合探测

热液喷口探测是目前国际上的热点,探测技术方法也多种多样。阐述了集成深拖与自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)探测技术,重点介绍了集成深拖的组合特性。针对热液喷口的探测需求,根据集成深拖与AUV两种方法的优点,提出两种技术方法的联合探测。以一个实际探测的区块为例,讨论了两种方法联合探测的实效性。指出该技术方法可更快速地探测热液的异常范围,同时可降低AUV下潜的盲目性,也可以减少AUV的下潜次数,节约了海上调查时间,提高探测效率。最后指出了现场探测与数据分析需进行深拖位置校正和关注底流及地形对热液羽状流空间分布的影响两个重要问题,为未来的热液探测提供了指导作用。     

长基线声学定位系统发展现状及其应用

声学定位技术是各类水下潜器的必备技术之一。重点介绍了水下长基线声学系统的组成、工作原理及国内外发展现状,分析了该技术的应用方向,为我国长基线声学定位技术的发展和应用提供参考。     

“探索者”号自治式水下机器人抛载系统的研制

介绍了“探索者”号抛载系统的用途、组合、性能和两个技术上的难点，并提出了解决问题的方法，使抛载系统在机器人的设备安全和工作可靠性方面，真正发挥了“关键件”的作用。     

Vision-based system of AUV for an underwater pipeline tracker

This paper describes a new framework for detection and tracking of underwater pipeline,which includes software system and hardware system.It is designed for vision system of AUV based on monocular CCD camera.First,the real-time data flow from image capture card is pre-processed and pipeline features are extracted for navigation.The region saturation degree is advanced to remove false edge point group after Sobel operation.An appropriate way is proposed to clear the disturbance around the peak point in the process of Hough transform.Second,the continuity of pipeline layout is taken into account to improve the efficiency of line extraction.Once the line information has been obtained,the reference zone is predicted by Kalman filter.It denotes the possible appearance position of the pipeline in the image.Kalman filter is used to estimate this position in next frame so that the information of pipeline of each frame can be known in advance.Results obtained on real optic vision data in tank experiment are displayed and discussed.They show that the proposed system can detect and track the underwater pipeline online,and is effective and feasible.     

AUV水下对接装置控制系统设计

自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)在航行使命结束后需要回收至甲板或陆地进行补给和维护。为避免重复布放回收所带来的不便,根据锥形导向式回收原理,针对水下对接装置及其控制系统进行了设计。水下对接装置控制系统由水面控制终端,水下控制系统和水下外部设备等部分组成,使用超短基线引导AUV进入指定区域,在对接过程中依靠行程开关和无线电反馈的信息判断AUV的相对位置及状态,并通过驱动相应的液压机构对AUV姿态进行校正和固定,进而完成对接过程。水下对接装置在千岛湖进行了试验,在吊装水下7 m的情况下实现了AUV的水下对接,并利用湿插拔电连接器完成了对AUV的有线充电和数据上传。试验验证了对接方案的可行性以及控制系统的稳定性,为将来AUV能够进行长时间、不间断航行提供了可能。     

Robust diving control of an AUV

Mobile systems traveling through a complex environment present major difficulties in determining accurate dynamic models. Autonomous underwater vehicle motion in ocean conditions requires investigation of new control solutions that guarantee robustness against external parameter uncertainty. A diving-control design, based on Lyapunov theory and back-stepping techniques, is proposed and verified. Using adaptive and switching schemes, the control system is able to meet the required robustness. The results of the control system are theoretically proven and simulations are developed to demonstrate the performance of the solutions proposed.     

6 000米AUV深海试验研究

简要介绍6000米AUV的总体结构和主要功能,重点研究AUV深海试验中的无动力下潜试验和载体浮力测量试验,提出三种深海浮力测量方法。根据试验数据,通过调整载体配重,在控制特性不变的情况下,使AUV在水下航行达到能量最优。此方法是一种理论和工程实际相结合的方法,对于其它类型深水AUV试验具有指导意义。     

海洋交通风险应急决策系统设计与实现

针对海洋交通风险事故的特点,采用基于分层推理思想设计了海洋交通风险应急决策处理模型。在模型中提出了以行为和状态为核心的知识规则描述方法。以该模型为基础给出了系统的设计与实现。通过将海洋交通风险事故分解为事务级、情况级和执行级三级处理,使系统能综合应用海洋交通事务各种信息进行有效决策,提高了海洋交通事务风险控制能力。系统的实现对于促进海洋交通风险控制的智能化水平,深化海事管理信息化平台建设具有现实意义。     

论证南海海疆国界线

追溯探查历史图件,根据1946年内政部方域司编制的一组"南海诸岛位置图"(南海诸岛位置图,南沙群岛,中沙群岛,西沙群岛,西沙群岛永兴岛及石岛,南沙群岛太平岛)和1948年出版的"中华民国行政区域图"分析,南海诸岛外围的断续线段是我国在南海的海疆国界线;当时划定,是与陆域国界相连的,海上国界是陆域国界的延伸,以断续线段表示是国际地图上对海疆国界线通用的表示方法,当时即获国际认可。上述结果为南海划界提供了科学依据。     

深海路由勘察中深拖与AUV的技术对比

详细研究了深海路由勘察项目中使用的深拖作业系统、AUV作业系统和相关的作业技术难点,总结了测量级AUV的技术优势,并对国际深海测绘级AUV的现状进行分析。对比结果显示现代深海勘察设备科技含量大幅度提高,AUV将逐渐取代走航式深拖成为深海工程勘察的新方式。     

水下自航行观测平台开放式同步实时测量系统设计与实现

针对多传感器测量系统中存在的同步、实时测量不容易实现的问题,提出了解决方案。基于开放式、面向任务、模块化设计思想,设计并实现了实时数据采集系统的硬件结构和软件系统。研究并实现了基于I2C总线的多路传感器控制系统,描述了开放式应用控制协议的设计。介绍了主控制器端和传感器控制端软件结构及其实现。实现了多传感器测量任务并发执行,保证了各个传感器测量数据的实时性和有效性。