超短基線(xiàn)定位系統(tǒng)在ROV動(dòng)力定位中應(yīng)用的可行性研究

以英國(guó)Sonardyne 公司的超短基線(xiàn)(U lt ra2Sho rt Base L ine) 為研究對(duì)象, 研究了該系統(tǒng)在各種情況下的重復(fù)定位精度, 以及將該系統(tǒng)應(yīng)用于水下機(jī)器人動(dòng)力定位的可能性. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 即使存在姿態(tài)偏差, 如果通過(guò)姿態(tài)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償, 該系統(tǒng)仍能獲得很好的重復(fù)定位精度, 可以滿(mǎn)足水下機(jī)器人動(dòng)力定位的需要.纜控水下機(jī)器人(Remo tely Operated V eh icle,ROV ) 在海上石油工業(yè)、軍事等領(lǐng)域正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用. 為了適應(yīng)水下復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境、提高水下機(jī)器人的水下作業(yè)精度, 要求水下機(jī)器人具有高精度動(dòng)力定位能力. 目前, 水下機(jī)器人的水下定位方法有三種[ 6 ]: 一是采用錨定法, 這種方法定位過(guò)程中不需要?jiǎng)恿? 定位精度不高, 抗流能力不強(qiáng), 水下機(jī)器人的作業(yè)范圍受到限制. 二是主從手定位方法, 這種定位方法要求水下機(jī)器人安裝兩個(gè)機(jī)械手, 一個(gè)稱(chēng)為主手負(fù)責(zé)水下作業(yè), 另一個(gè)稱(chēng)為從手, 作業(yè)過(guò)程中, 從手抓持水下某固定目標(biāo), 由于從手上安裝有位置及姿態(tài)傳感器, 水下機(jī)器人與固定目標(biāo)的相對(duì)位置可以通過(guò)從手上的傳感器獲得, 從而保持水下機(jī)器人和固定目標(biāo)間的相對(duì)位置保持不變. 這種動(dòng)力定位方法的優(yōu)點(diǎn)是定位精度高, 可以達(dá)到毫米級(jí)定位. 其不足之處在于對(duì)水下作業(yè)環(huán)境要求較高, 機(jī)動(dòng)性差. 三是以超短基線(xiàn)作為位置傳感器, 并輔以其他的姿態(tài)傳感器(羅盤(pán)、深度計(jì)等) , 組成組合導(dǎo)航系統(tǒng), 其中, 超短基線(xiàn)定位系統(tǒng)為水下機(jī)器人提供位置數(shù)據(jù)(X 、Y、Z , H) , 深度和方位信息同時(shí)可以由深度傳感器和羅盤(pán)獲得, 將傳感器的信息和超短基線(xiàn)的信息經(jīng)過(guò)濾波綜合, 可以得到精度更高的位置信息,從而保證水下機(jī)器人相對(duì)某一固定目標(biāo)的位置和姿態(tài)保持不變, 實(shí)現(xiàn)動(dòng)力定位. 這種定位方法定位精度低于主從手定位方法, 但是由于這種定位方式只受臍帶電纜約束, 所以機(jī)動(dòng)范圍相對(duì)較大, 可以適應(yīng)深海復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境, 是目前普遍采用的一種水下動(dòng)力定位方法. 本文的目的是以現(xiàn)有的英Sonardyne公司的超短基線(xiàn)(U lt ra2Sho rt Base L ine) 為研究對(duì)象, 通過(guò)水池以及湖試試驗(yàn)論證該超短基線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用于水下機(jī)器人動(dòng)力定位的可能性.