一种近水面航行器潜深及垂荡测量装置和方法

摘要

本发明公开一种近水面航行器潜深及垂荡测量装置和方法,该装置包括超声波测潜仪、姿态传感器、两个液位传感器和数据处理单元。两个液位传感器位于航行器的中轴线上，分别位于在航行器的首尾两部，测量航行器首尾两端的潜深。超声波测潜仪布置在近水面航行器的中间位置；测量航行器上表面与水面间的距离。姿态传感器布置在航行器的浮心位置，测量航行器的俯仰角和垂向速度。数据处理单元位于航行器的控制舱内，实时采集并处理所有传感器和超声波测潜仪的测量数据。该方法结合液位传感器和超声波测潜仪，以液位传感器为主，超声波测潜仪为辅，结合航行器的姿态传感器对两者数据进行修正和补偿，从而准确测量航行器在复杂环境下的真实潜深和垂荡。

主权项

一种近水面航行器潜深及垂荡测量方法，其特征在于，该方法采用液位传感器、姿态传感器及超声波测潜仪相结合的方式对近水面航行器潜深和垂荡进行测量；所述两个液位传感器分别布置在近水面航行器的首部和尾部；所述超声波测潜仪布置在近水面航行器的中间位置；所述姿态传感器布置在近水面航行器的浮心位置；具体测量步骤为：步骤一：姿态传感器、两个液位传感器以及超声波测潜仪接收到数据处理单元的数据采集指令后，将测量数据实时发送给数据处理单元；且姿态传感器和两个液位传感器的输出频率相同，均大于超声波测潜仪的输出频率；步骤二：数据处理单元每接收一次超声波测潜仪的测量数据后，对前后两时刻间已接收到的其它四组数据进行预处理；分别得到近水面航行器首部潜深的有效数据H1，近水面航行器尾部潜深的有效数据H2，近水面航行器俯仰角α和近水面航行器的垂向速度v；步骤三：数据处理单元通过预处理后的数据对外界海洋环境进行判断301：数据处理单元计算近水面航行器首尾两端潜深的实际偏差ΔH=H1‑H2；302：数据处理单元将计算得到的实际偏差ΔH与海面没有波浪时近水面航行器首尾两端潜深的理想偏差进行PH对比，所述PH=L×sinα，其中L为近水面航行器的长度；若（ΔH‑PH）/PH大于1/3，则初步认为有海浪，进入步骤304；否则，初步认为没有海浪，直接进入步骤402；304：通过超声波测潜仪进一步确认是否有海浪：数据处理单元依据采集到的当前时刻超声波测潜仪的输出确认是否有海浪：若超声波测潜仪的当前输出失真，则证明航行器正遭遇波浪，进入步骤四；若超声波测潜仪输出有效数据H3，则证明没有波浪，直接进入步骤402。步骤四：数据融合处理401：通过预处理后的垂向速度v来判断近水面航行器在波浪中的位置：若垂向速度v的绝对值小于设定值，则近水面航行器的真实潜深H为： H = H 1 + H 2 2 - ΔH 3 其中ΔH3为前后两时刻超声波测潜仪的变化量；若垂向速度v的绝对值大于等于设定值，则近水面航行器的真实潜深为H为： H = H 1 + H 2 2 - ΔH 3 - L sin α - vt 其中t为超声波测潜仪两次输出间隔的时间，L为近水面航行器的长度；402．近水面航行器的真实潜深H为： H = H 1 + H 2 2 + H 3 2 所述近水面航行器的垂荡值为前后两时刻近水面航行器潜深的差值。