一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法及装置

1.本发明涉及波浪滑翔器航向修正技术领域，特别是涉及一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法及装置。


背景技术：

2.波浪滑翔器作为一种海洋无人装备，其可以在海上实现无人自主航行。波浪滑翔器为一种双体结构无人船，主要由水面船体、铠装缆和水下牵引机三部分组成，水面船体与水下牵引机直接通过铠装缆进行柔性连接。
3.在波浪滑翔器导航过程中，波浪滑翔器通过北斗定位模块进行定位，通过导航算法计算出期望航向。波浪滑翔器通过罗盘采集水面船体和水下牵引机的姿态信息（例如：航向、俯仰和横滚数值），水面船体的主控系统根据水下牵引机航向与期望航向的偏差，采用导航算法计算出水下牵引机尾舵舵角，然后根据水下牵引机尾舵舵角进行打舵操作以实现航向修正。
4.此外，在波浪滑翔器航行过程中，水面船体和水下牵引机受到海流扰动影响会不可避免的引起偏转，而此偏转会引起铠装缆的扭转。当铠装缆扭转角度过大时，会极大降低波浪滑翔器的导航性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法及装置，能够实现铠装缆解扭操作，保证波浪滑翔器的导航性能。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案。
7.本发明提供了一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，包括：获取水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据；根据水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据，计算水下牵引机与水面船体的航向偏差；当所述航向偏差大于第一设定值时，输出第一指令，并将第一指令传输至水下牵引机；所述第一指令用于中断导航任务，开启负舵解扭任务；所述负舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为负满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务；当所述航向偏差小于第二设定值时，输出第二指令，并将第二指令传输至水下牵引机；所述第二指令用于中断导航任务，开启正舵解扭任务；所述正舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为正满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。
8.本发明还提供了一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭装置，包括：数据获取模块，用于获取水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据；航向偏差计算模块，用于根据水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据，计算水下牵引机与水面船体的航向偏差；第一指令输出模块，用于当所述航向偏差大于第一设定值时，输出第一指令，并将第一指令传输至水下牵引机；所述第一指令用于中断导航任务，开启负舵解扭任务；所述负舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为负满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务；第二指令输出模块，用于当所述航向偏差小于第二设定值时，输出第二指令，并将第二指令传
输至水下牵引机；所述第二指令用于中断导航任务，开启正舵解扭任务；所述正舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为正满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。
9.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。
10.本发明通过水下牵引机与水面船体的航向偏差，确定铠装缆是否处于大幅度扭转局面，若是则通过负舵解扭任务或者正舵解扭任务，使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向，实现铠装缆解扭操作，保证波浪滑翔器的导航性能。
附图说明
11.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。
12.图1为本发明实施例提供的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法的流程示意图。
13.图2为本发明实施例提供的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭装置的结构示意图。
14.图3为本发明实施例提供的一种波浪滑翔器的结构示意图。
15.图4为本发明实施例提供的波浪滑翔器导航、铠装缆扭转检测与解扭方法的流程一图。
16.图5为本发明实施例提供的波浪滑翔器导航、铠装缆扭转检测与解扭方法的流程二图。
具体实施方式
17.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。
18.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。
19.实施例一：如图1所示，本发明实施例提供了一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，包括如下步骤。
20.步骤100：获取水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据。
21.步骤200：根据水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据，计算水下牵引机与水面船体的航向偏差。
22.步骤300：当航向偏差大于第一设定值时，输出第一指令，并将第一指令传输至水下牵引机；所述第一指令用于中断导航任务，开启负舵解扭任务；所述负舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为负满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。
23.步骤400：当航向偏差小于第二设定值时，输出第二指令，并将第二指令传输至水下牵引机；所述第二指令用于中断导航任务，开启正舵解扭任务；所述正舵解扭任务为将水
下牵引机尾舵设置为正满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。
24.优选地，所述第一设定值为360度，所述第二设定值为-360度。
25.进一步地，本发明实施例提供的波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，还包括：（1）当水下牵引机尾舵设置为负满舵且航向偏差小于第三设定值时，输出第三指令，并将第三指令传输至水下牵引机；所述第三指令用于开启导航任务，关闭负舵解扭任务。
26.（2）当水下牵引机尾舵设置为正满舵且航向偏差大于第四设定值时，输出第四指令，并将第四指令传输至水下牵引机；所述第四指令用于开启导航任务，关闭正舵解扭任务。
27.优选地，所述第三设定值为10度，所述第四设定值为-10度。
28.实施例二：为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭装置。
29.如图2所示，该波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭装置包括如下模块。
30.数据获取模块1，用于获取水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据。
31.航向偏差计算模块2，用于根据水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据，计算水下牵引机与水面船体的航向偏差。
32.第一指令输出模块3，用于当所述航向偏差大于第一设定值时，输出第一指令，并将第一指令传输至水下牵引机；所述第一指令用于中断导航任务，开启负舵解扭任务；所述负舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为负满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。
33.第二指令输出模块4，用于当所述航向偏差小于第二设定值时，输出第二指令，并将第二指令传输至水下牵引机；所述第二指令用于中断导航任务，开启正舵解扭任务；所述正舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为正满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。
34.进一步地，本发明实施例提供的波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭装置还包括：第三指令输出模块，用于当水下牵引机尾舵设置为负满舵且航向偏差小于第三设定值时，输出第三指令，并将第三指令传输至水下牵引机；所述第三指令用于开启导航任务，关闭负舵解扭任务。
35.第四指令输出模块，用于当水下牵引机尾舵设置为正满舵且航向偏差大于第四设定值时，输出第四指令，并将第四指令传输至水下牵引机；所述第四指令用于开启导航任务，关闭正舵解扭任务。
36.实施例三：本发明实施例提供了一种波浪滑翔器，能够实现铠装缆扭转检测解扭效果。
37.如图3所示，波浪滑翔器主要由水面船体、铠装缆和水下牵引机三部分组成，水面船体与水下牵引机直接通过铠装缆进行柔性连接。水面船体中设有主控系统、水面船体罗盘和北斗定位模块；水下牵引机中设有水下牵引机尾舵和水下牵引机罗盘。岸基监控中心与波浪滑翔器的主控系统通信，实现指挥与控制作用。
38.北斗定位模块用于在导航任务中实时采集波浪滑翔器的位置信息；水面船体罗盘用于获取船体航向，并通过串口通讯方式将船体航向发送至主控系统；水下牵引机罗盘用于获取水下牵引机航向，并通过串口通讯方式将牵引机航向发送至主控系统；主控系统用
于将波浪滑翔器的位置信息、船体航向和牵引机航向发送至岸基监控中心。
39.主控系统还用于开启导航任务，并根据船体航向和牵引机航向，实时计算水下牵引机与水面船体的航向偏差，接着根据水下牵引机与水面船体的航向偏差输出打舵指令，最后将打舵指令发送至水下牵引机尾舵。
40.如图4所示，第一步：主控系统实时采集船体航向与牵引机航向；第二步：开启导航任务；第三步：主控系统实时记录偏差值，偏差=牵引机航向-船体航向；第四步：偏差依次增大，判断偏差是否大于360度，当偏差未超过360度时返回第三步，第五步：当偏差超过360度（1圈扭转）时，中断导航任务，标识位置设置为0，开启解扭任务；第六步：将尾舵设置为负满舵状态，即以水面船体的航向为基准，计算水下牵引机的扭转方向，并以相反方向对水下牵引机进行打满舵航向掉转，从而使水下牵引机在满舵状态下，水下牵引机航向朝解扭方向进行转向。因波浪滑翔器的驱动来自于水下牵引机，其水下牵引机为主动转向，连接铠装缆的水面船体会进行被动转向，因此水下牵引机在主动转向时会快于水面船体，所以，通过水下牵引机满舵可以实现主动解扭；第七步：在尾舵设置为负满舵状态时，主控系统实时记录偏差值，偏差=牵引机航向-船体航向；第八步：判断偏差是否小于10度；第九步若是则开启导航任务，标识位置设置为1，关闭解扭任务，并返回第三步，若否则继续让尾舵设置为负满舵状态，即返回第六步。
41.同理，如图5所示，第一步：主控系统实时采集船体航向与牵引机航向；第二步：开启导航任务；第三步：主控系统实时记录偏差值，偏差=牵引机航向-船体航向；第四步：偏差依次减小，判断偏差是否小于-360度，当偏差未小于-360度时返回第三步，第五步：当偏差小于-360度时，中断导航任务，标识位置设置为0，开启解扭任务；第六步：将尾舵设置为正满舵状态，即以水面船体的航向为基准，计算水下牵引机的扭转方向，并以相反方向对水下牵引机进行打满舵航向掉转，从而使水下牵引机在满舵状态下，水下牵引机航向朝解扭方向进行转向；第七步：在尾舵设置为正满舵状态时，主控系统实时记录偏差值，偏差=牵引机航向-船体航向；第八步：判断偏差是否大于-10度；第九步若是则开启导航任务，标识位置设置为1，关闭解扭任务，并返回第三步，若否则继续让尾舵设置为正满舵状态，即返回第六步。
42.波浪滑翔器在导航过程中可以通过罗盘采集的水面船体和水下牵引机的航向偏差进行实时判断及累加，水下牵引机的尾舵进行解扭，在无人自主环境下可实现自主解扭与导航的切换。
43.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。
44.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：
1.一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，其特征在于，包括：获取水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据；根据水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据，计算水下牵引机与水面船体的航向偏差；当所述航向偏差大于第一设定值时，输出第一指令，并将第一指令传输至水下牵引机；所述第一指令用于中断导航任务，开启负舵解扭任务；所述负舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为负满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务；当所述航向偏差小于第二设定值时，输出第二指令，并将第二指令传输至水下牵引机；所述第二指令用于中断导航任务，开启正舵解扭任务；所述正舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为正满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。2.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，其特征在于，还包括：当水下牵引机尾舵设置为负满舵且航向偏差小于第三设定值时，输出第三指令，并将第三指令传输至水下牵引机；所述第三指令用于开启导航任务，关闭负舵解扭任务。3.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，其特征在于，还包括：当水下牵引机尾舵设置为正满舵且航向偏差大于第四设定值时，输出第四指令，并将第四指令传输至水下牵引机；所述第四指令用于开启导航任务，关闭正舵解扭任务。4.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，其特征在于，所述第一设定值为360度，所述第二设定值为-360度。5.根据权利要求2所述的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，其特征在于，所述第三设定值为10度。6.根据权利要求3所述的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法，其特征在于，所述第四设定值为-10度。7.一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭装置，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据；航向偏差计算模块，用于根据水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据，计算水下牵引机与水面船体的航向偏差；第一指令输出模块，用于当所述航向偏差大于第一设定值时，输出第一指令，并将第一指令传输至水下牵引机；所述第一指令用于中断导航任务，开启负舵解扭任务；所述负舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为负满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务；第二指令输出模块，用于当所述航向偏差小于第二设定值时，输出第二指令，并将第二指令传输至水下牵引机；所述第二指令用于中断导航任务，开启正舵解扭任务；所述正舵解扭任务为将水下牵引机尾舵设置为正满舵，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。8.根据权利要求7所述的一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭装置，其特征在于，还包括：第三指令输出模块，用于当水下牵引机尾舵设置为负满舵且航向偏差小于第三设定值
时，输出第三指令，并将第三指令传输至水下牵引机；所述第三指令用于开启导航任务，关闭负舵解扭任务；第四指令输出模块，用于当水下牵引机尾舵设置为正满舵且航向偏差大于第四设定值时，输出第四指令，并将第四指令传输至水下牵引机；所述第四指令用于开启导航任务，关闭正舵解扭任务。

技术总结
本发明公开了一种波浪滑翔器铠装缆扭转检测解扭方法及装置，涉及波浪滑翔器航向修正技术领域，该方法包括根据水面船体的航向数据和水下牵引机的航向数据，计算水下牵引机与水面船体的航向偏差，并当航向偏差大于第一设定值时，中断导航任务，开启负舵解扭任务，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务；当航向偏差小于第二设定值时，中断导航任务，开启正舵解扭任务，以使水下牵引机航向朝解扭方向进行转向的任务。本发明能够实现铠装缆解扭操作，保证波浪滑翔器的导航性能。保证波浪滑翔器的导航性能。保证波浪滑翔器的导航性能。


技术研发人员：于佩元 周莹 孙秀军
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/4/20