超短基線定位系統(tǒng)在ROV動力定位中應(yīng)用的可行性研究

以英國Sonardyne 公司的超短基線(U lt ra2Sho rt Base L ine) 為研究對象, 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, 如果通過姿態(tài)傳感器進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償, 該系統(tǒng)仍能獲得很好的重復(fù)定位精度, 可以滿足水下機(jī)器人動力定位的需要.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, 這種方法定位過程中不需要動力, 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)器人安裝兩個機(jī)械手, 一個稱為主手負(fù)責(zé)水下作業(yè), 另一個稱為從手, 作業(yè)過程中, 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)的相對位置可以通過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)間的相對位置保持不變. 這種動力定位方法的優(yōu)點(diǎn)是定位精度高, 可以達(dá)到毫米級定位. 其不足之處在于對水下作業(yè)環(huán)境要求較高, 機(jī)動性差. 三是以超短基線作為位置傳感器, 并輔以其他的姿態(tài)傳感器(羅盤、深度計等) , 組成組合導(dǎo)航系統(tǒng), 其中, 超短基線定位系統(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可以由深度傳感器和羅盤獲得, 將傳感器的信息和超短基線的信息經(jīng)過濾波綜合, 可以得到精度更高的位置信息,從而保證水下機(jī)器人相對某一固定目標(biāo)的位置和姿態(tài)保持不變, 實(shí)現(xiàn)動力定位. 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)動范圍相對較大, 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(U lt ra2Sho rt Base L ine) 為研究對象, 通過水池以及湖試試驗(yàn)論證該超短基線系統(tǒng)應(yīng)用于水下機(jī)器人動力定位的可能性.