一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法及系统

1.本发明涉及波浪滑翔器技术领域，特别是涉及一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法及系统。


背景技术：

2.传统的波浪滑翔器依靠波浪进行驱动，没有螺旋桨推进，这种情况下在海流较大的时候会使波浪滑翔器偏离预设轨迹，因此，目前波浪滑翔器导航控制能力有待提高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法及系统，提高了波浪滑翔器导航的控制能力。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案。
5.一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，包括以下步骤。
6.获取波浪滑翔器的实时位置和观测任务。
7.当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为锚定观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置在以锚定点为中心的半径第一设定值范围外，输出第一控制指令，通过所述第一控制指令控制开启所述波浪滑翔器的螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器机动到以锚定点为中心的半径第一设定值范围内时，输出第二控制指令，通过所述第二控制指令控制关闭所述螺旋桨；所述波浪滑翔器为安装了螺旋桨的波浪滑翔器。
8.在所述波浪滑翔器执行所述锚定观测任务的过程中，若所述波浪滑翔器偏离到以锚定点为中心的半径第二设定值范围外时，输出第三控制指令，通过所述第三控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器移动到以锚定点为中心的半径第三设定值米范围内时，输出第四控制指令，通过所述第四控制指令控制关闭所述螺旋桨。
9.当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第四设定值，输出第五控制指令，通过所述第五控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第五设定值时，输出第六控制指令，通过所述第六控制指令控制关闭所述螺旋桨。
10.在波浪滑翔器执行所述路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第六设定值，输出第七控制指令，通过所述第七控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第七设定值时，输出第八控制指令，通过所述第八控制指令控制关闭所述螺旋桨。
11.可选地，所述第一设定值为500米，所述第二设定值为1000米，所述第三设定值为300米，所述第四设定值为500米，所述第五设定值为100米，所述第六设定值为1000米，所述第七设定值为100米。
12.可选地，所述波浪滑翔器包括gps定位模块，所述gps定位模块用于实时获取所述波浪滑翔器的位置。
13.可选地，所述波浪滑翔器用于根据所述波浪滑翔器的位置和锚定点的位置计算出所述波浪滑翔器与锚定点之间的距离。
14.可选地，所述波浪滑翔器包括北斗通信模块，所述北斗通信模块用于接收岸基端发送的锚定观测任务和路径走航观测任务的指令。
15.本发明还公开了一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航系统，包括以下模块。
16.实时位置和观测任务获取模块，用于获取波浪滑翔器的实时位置和观测任务。
17.接收锚定观测任务控制模块，用于当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为锚定观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置在以锚定点为中心的半径第一设定值范围外，输出第一控制指令，通过所述第一控制指令控制开启所述波浪滑翔器的螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器机动到以锚定点为中心的半径第一设定值范围内时，输出第二控制指令，通过所述第二控制指令控制关闭所述螺旋桨；所述波浪滑翔器为安装了螺旋桨的波浪滑翔器。
18.执行锚定观测任务控制模块，用于在所述波浪滑翔器执行所述锚定观测任务的过程中，若所述波浪滑翔器偏离到以锚定点为中心的半径第二设定值范围外时，输出第三控制指令，通过所述第三控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器移动到以锚定点为中心的半径第三设定值米范围内时，输出第四控制指令，通过所述第四控制指令控制关闭所述螺旋桨。
19.接收路径走航观测任务控制模块，用于当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第四设定值，输出第五控制指令，通过所述第五控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第五设定值时，输出第六控制指令，通过所述第六控制指令控制关闭所述螺旋桨。
20.执行路径走航观测任务控制模块，用于在波浪滑翔器执行所述路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第六设定值，输出第七控制指令，通过所述第七控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第七设定值时，输出第八控制指令，通过所述第八控制指令控制关闭所述螺旋桨。
21.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明在波浪滑翔器上加装螺旋桨，将波浪滑翔器的导航模式分为锚定观测任务模式和路径走航观测任务模式，并根据波浪滑翔器与锚定点的距离或者与目标路径的横向偏离，设置了开启和关闭波浪滑翔器中螺旋桨的范围，通过螺旋桨推进方式加快波浪滑翔器抵达目标海域，提高了在执行任务期间抵抗海流干扰的能力和导航精度，从而提高波浪滑翔器导航控制能力。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例提供的一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法流程示意图。
24.图2为本发明实施例提供的一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法原理示意图。
25.图3为本发明实施例提供的一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航系统结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明的目的是提供一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法及系统，提高了波浪滑翔器导航的控制能力。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.实施例1：本实施例公开了一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，如图1所示，该方法包括以下步骤。
30.步骤101：获取波浪滑翔器的实时位置和观测任务。
31.步骤102：当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为锚定观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置在以锚定点为中心的半径第一设定值范围外，输出第一控制指令，通过所述第一控制指令控制开启所述波浪滑翔器的螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器机动到以锚定点为中心的半径第一设定值范围内时，输出第二控制指令，通过所述第二控制指令控制关闭所述螺旋桨；所述波浪滑翔器为安装了螺旋桨的波浪滑翔器。
32.步骤103：在所述波浪滑翔器执行所述锚定观测任务的过程中，若所述波浪滑翔器偏离到以锚定点为中心的半径第二设定值范围外时，输出第三控制指令，通过所述第三控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器移动到以锚定点为中心的半径第三设定值米范围内时，输出第四控制指令，通过所述第四控制指令控制关闭所述螺旋桨。
33.步骤104：当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第四设定值，输出第五控制指令，通过所述第五控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第五设定值时，输出第六控制指令，通过所述第六控制指令控制关闭所述螺旋桨。
34.步骤105：在波浪滑翔器执行所述路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第六设定值，输出第七控制指令，通过所述第七控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的
横向偏差小于第七设定值时，输出第八控制指令，通过所述第八控制指令控制关闭所述螺旋桨。
35.所述第一设定值为500米，所述第二设定值为1000米，所述第三设定值为300米，所述第四设定值为500米，所述第五设定值为100米，所述第六设定值为1000米，所述第七设定值为100米。
36.所述波浪滑翔器包括全球定位系统（global positioning system，gps）定位模块，所述gps定位模块用于实时获取所述波浪滑翔器的位置。
37.所述波浪滑翔器用于根据所述波浪滑翔器的位置和锚定点的位置，采用高斯大地线算法计算出所述波浪滑翔器与锚定点之间的距离。
38.所述波浪滑翔器包括北斗通信模块，所述北斗通信模块用于接收岸基端发送的锚定观测任务和路径走航观测任务的指令。
39.波浪滑翔器的工作原理是通过其自身双体的机械转换机构转换波浪为前向驱动速度。波浪滑翔器的控制系统采用比例积分微分（proportion integral differential，pid）控制方式，波浪滑翔器的控制系统的输入为期望航向和当前航向，输出为控制舵角。
40.波浪滑翔器控制系统输入当前的波浪滑翔器点位和目标路径点位信息，根据高斯大地线算法计算每两个点位之间的距离和角度，根据三角形关系可计算横向偏差。路径偏差范围内，波浪滑翔器的期望航向为波浪滑翔器点位与目标点的航向角。
41.本发明在波浪滑翔器上加装螺旋桨，将波浪滑翔器的导航模式分为锚定观测任务模式和路径走航观测任务模式（路径跟踪模式），并根据波浪滑翔器与锚定点的距离或者与目标路径的横向偏离，设置了开启和关闭波浪滑翔器中螺旋桨的范围，通过螺旋桨推进方式加快波浪滑翔器抵达目标海域，提高了在执行任务期间抵抗海流干扰的能力和导航精度，从而提高波浪滑翔器导航控制能力。
42.实施例2：本实施例公开了一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，如图2所示，该方法包括如下步骤。
43.波浪滑翔器通过船只运输至近海某位置布放后，波浪滑翔器实时接收岸基端指令。岸基端指令包括锚定观测任务指令和路径走航观测任务指令。
44.当岸基端发送执行锚定观测任务指令时，波浪滑翔器开启螺旋桨加速设备推进，快速机动至预设锚定点位，波浪滑翔器到达预设锚定点位半径500米范围内时，关闭螺旋桨，波浪滑翔器依靠波浪驱动和尾舵航向调整使波浪滑翔器维持在预设点位误差圆范围内。
45.当波浪滑翔器偏离预设锚定点位半径1000米范围时，即说明当前海流较大，使波浪滑翔器偏离了目标区域，开启螺旋桨，加速波浪滑翔器返回预设锚定点位半径300米范围内后，关闭螺旋桨。
46.当岸基端发送执行路径走航观测任务指令时，波浪滑翔器计算波浪滑翔器当前位置与目标路径的横向偏差，当偏差大于500米时，开启螺旋桨快速机动至预设目标路径，波浪滑翔器到达目标路径100米误差范围内时，关闭螺旋桨，波浪滑翔器依靠波浪驱动和尾舵航向调整使波浪滑翔器维持在目标路径误差范围内进行路径走航。
47.当波浪滑翔器偏离预设路径横向偏差1000米范围时，即说明当前海流较大，使波浪滑翔器偏离了目标路径区域，开启螺旋桨，加速波浪滑翔器返回目标路径100米范围内
后，关闭螺旋桨。
48.波浪滑翔器上集成了北斗通信模块，岸基端架设北斗接收模块。波浪滑翔器与岸基可进行北斗链路的数据交互。
49.实施例3：本实施例公开了一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航系统，如图3所示，该系统包括以下模块。
50.实时位置和观测任务获取模块201，用于获取波浪滑翔器的实时位置和观测任务。
51.接收锚定观测任务控制模块202，用于当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为锚定观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置在以锚定点为中心的半径第一设定值范围外，输出第一控制指令，通过所述第一控制指令控制开启所述波浪滑翔器的螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器机动到以锚定点为中心的半径第一设定值范围内时，输出第二控制指令，通过所述第二控制指令控制关闭所述螺旋桨；所述波浪滑翔器为安装了螺旋桨的波浪滑翔器。
52.执行锚定观测任务控制模块203，用于在所述波浪滑翔器执行所述锚定观测任务的过程中，若所述波浪滑翔器偏离到以锚定点为中心的半径第二设定值范围外时，输出第三控制指令，通过所述第三控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器移动到以锚定点为中心的半径第三设定值米范围内时，输出第四控制指令，通过所述第四控制指令控制关闭所述螺旋桨。
53.接收路径走航观测任务控制模块204，用于当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第四设定值，输出第五控制指令，通过所述第五控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第五设定值时，输出第六控制指令，通过所述第六控制指令控制关闭所述螺旋桨。
54.执行路径走航观测任务控制模块205，用于在波浪滑翔器执行所述路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第六设定值，输出第七控制指令，通过所述第七控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第七设定值时，输出第八控制指令，通过所述第八控制指令控制关闭所述螺旋桨。
55.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
56.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，其特征在于，包括：获取波浪滑翔器的实时位置和观测任务；当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为锚定观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置在以锚定点为中心的半径第一设定值范围外，输出第一控制指令，通过所述第一控制指令控制开启所述波浪滑翔器的螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器机动到以锚定点为中心的半径第一设定值范围内时，输出第二控制指令，通过所述第二控制指令控制关闭所述螺旋桨；所述波浪滑翔器为安装了螺旋桨的波浪滑翔器；在所述波浪滑翔器执行所述锚定观测任务的过程中，若所述波浪滑翔器偏离到以锚定点为中心的半径第二设定值范围外时，输出第三控制指令，通过所述第三控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器移动到以锚定点为中心的半径第三设定值米范围内时，输出第四控制指令，通过所述第四控制指令控制关闭所述螺旋桨；当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第四设定值，输出第五控制指令，通过所述第五控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第五设定值时，输出第六控制指令，通过所述第六控制指令控制关闭所述螺旋桨；在波浪滑翔器执行所述路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第六设定值，输出第七控制指令，通过所述第七控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第七设定值时，输出第八控制指令，通过所述第八控制指令控制关闭所述螺旋桨。2.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，其特征在于，所述第一设定值为500米，所述第二设定值为1000米，所述第三设定值为300米，所述第四设定值为500米，所述第五设定值为100米，所述第六设定值为1000米，所述第七设定值为100米。3.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，其特征在于，所述波浪滑翔器包括gps定位模块，所述gps定位模块用于实时获取所述波浪滑翔器的位置。4.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，其特征在于，所述波浪滑翔器用于根据所述波浪滑翔器的位置和锚定点的位置计算出所述波浪滑翔器与锚定点之间的距离。5.根据权利要求1所述的一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法，其特征在于，所述波浪滑翔器包括北斗通信模块，所述北斗通信模块用于接收岸基端发送的锚定观测任务和路径走航观测任务的指令。6.一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航系统，其特征在于，包括：实时位置和观测任务获取模块，用于获取波浪滑翔器的实时位置和观测任务；接收锚定观测任务控制模块，用于当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为锚定观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置在以锚定点为中心的半径第一设定值范围外，输出第一控制指令，通过所述第一控制指令控制开启所述波浪滑翔器的螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器机动到以锚定点为中心的半径第一设定值范围内时，输出第二控制指令，通过所述第二控制指令控制关闭所述螺旋桨；所述波浪滑翔器为安装了
螺旋桨的波浪滑翔器；执行锚定观测任务控制模块，用于在所述波浪滑翔器执行所述锚定观测任务的过程中，若所述波浪滑翔器偏离到以锚定点为中心的半径第二设定值范围外时，输出第三控制指令，通过所述第三控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向锚定点移动；当所述波浪滑翔器移动到以锚定点为中心的半径第三设定值米范围内时，输出第四控制指令，通过所述第四控制指令控制关闭所述螺旋桨；接收路径走航观测任务控制模块，用于当波浪滑翔器接收到的所述观测任务为路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第四设定值，输出第五控制指令，通过所述第五控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第五设定值时，输出第六控制指令，通过所述第六控制指令控制关闭所述螺旋桨；执行路径走航观测任务控制模块，用于在波浪滑翔器执行所述路径走航观测任务时，若所述波浪滑翔器所在位置与目标路径的横向偏差大于第六设定值，输出第七控制指令，通过所述第七控制指令控制开启所述螺旋桨，使所述波浪滑翔器向目标路径移动；当所述波浪滑翔器与目标路径的横向偏差小于第七设定值时，输出第八控制指令，通过所述第八控制指令控制关闭所述螺旋桨。

技术总结
本发明公开一种基于螺旋桨推进的波浪滑翔器导航方法及系统，涉及波浪滑翔器领域，该方法包括获取波浪滑翔器的实时位置和观测任务，观测任务包括锚定观测任务和路径走航观测任务；在接收及执行不同的观测任务的过程中，根据波浪滑翔器与目标区域的位置关系确定是否开启螺旋桨。本发明提高了波浪滑翔器导航的控制能力。控制能力。控制能力。


技术研发人员：周莹 于佩元 孙秀军
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/4/21