一种深海采矿分级联合定位系统及方法

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种深海采矿分级联合定位系统及方法。

背景技术

为了满足经济发展需要，深海海底蕴存大量的多金属结核和硫化物资源已经引起了世界各国的关注。在深海复杂环境下，如何为多类采矿设备深海协同作业和指挥控制，提供精确的采矿设备实时动态导航和方位等工况信息，成为深海采矿技术研究的难题。为解决该技术难题，提出一种基于声学定位为主，集成卫星导航和惯导技术，适应深海采矿水下作业导航定位系统，同时为深海采矿作业和指挥控制提供支撑。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种深海采矿分级联合定位系统及方法，以声学定位为主，集成卫星导航和惯导技术，通过多级联合的定位方式，实现了深海采矿系统的水面水下多级联合高精度导航定位功能。

具体地，本发明是这样实现的：

根据第一方面，本发明提供了一种深海采矿分级联合定位系统，包括：

卫星定位子系统，设于水面支持船只上，用于获取水面支持船只的位置信息；

中间舱，位于水面支持船只与水底集矿机之间，其上设有一级惯导子系统，所述一级惯导子系统用于获取中间舱的惯导信息；

一级短基线声学定位子系统，用于获取中间舱的声学定位信息；

二级惯导子系统，设于水底集矿机上，用于获取水底集矿机的惯导信息；

二级短基线声学定位子系统，用于获取水底集矿机的声学定位信息。

进一步地，所述一级短基线声学定位子系统包括：

一级短基线阵，设于水面支持船只的水下部分并与支持船只固接；

一级应答器，与中间舱固接，且与一级短基线阵通过声学信号连接。

进一步地，所述二级短基线声学定位子系统包括：

二级短基线阵，与中间舱固接；

二级应答器，与水底集矿机固接，且与二级短基线阵通过声学信号连接。

根据第二方面，本发明还提供了一种基于上述系统的深海采矿分级联合定位方法，包括：

步骤S1：通过卫星定位子系统获取水面支持船只的经纬度，；

通过一级惯导子系统获取中间舱的惯导信息(x

通过二级惯导子系统获取水底集矿机的惯导信息(x

步骤S2：利用中间舱的惯导信息(x

利用水底集矿机的惯导信息(x

步骤S3：利用偏差(Dx

步骤S4：利用中间舱的精准位置(x

步骤S5：基于水面支持船只的经纬度、水底集矿机的角度信息及水底集矿机的声学定位信息(x

进一步地，步骤S2中，中间舱的惯导信息与中间舱声学定位信息的偏差(Dx

Dx

集矿机的惯导信息与水底集矿机声学定位信息的偏差(Dx

Dx

进一步地，中间舱的精准位置(x

进一步地，步骤S4中，声学定位信息(x

进一步地，步骤S5中，水底集矿机的精准位置(x,y,z)为：

其中，λ为水面支持船只的纬度；L为水面支持船只的经度；θ为水底集矿机的惯导航向角；γ为水底集矿机的俯仰角；φ为水底集矿机的横滚角。

与现有技术相比，本发明的工作原理及有益效果：

本发明提供的深海采矿分级联合定位系统及方法，融合了北斗/GPS卫星空间定位和惯导设备，结合深海采矿水下主要装备，分层叠合式运用二级短基线综合导航定位，在基于时空基准前提下，提供6000米深海采矿水下作业导高精度航定位功能。同时本专利中的两级级综合导航定位系统各层级兼容通信，并可独立开展导航定位工作，为深海采矿水下作业提供导航定位冗余备份功能，提升系统工作可靠性。

附图说明

图1为实施例1中的深海采矿分级联合定位系统的结构示意图。

附图标记：

1-GPS/北斗卫星；2-水面支持船只；21-卫星定位子系统；22-一级短基线阵；3-扬矿输送系统；4-中间舱；41-二级短基线阵；5-输送软管；6-集矿机。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种深海采矿系统，包括：水面支持船只2、中间舱4和集矿机6，水面支持船只2通过扬矿输送系统3与中间舱4连接，中间舱4通过输送软管5与集矿机6连接，水底集矿机6将采集的矿通过输送软管5输送到中间舱4，再由中间舱4通过扬矿输送系统3输送至水面支持船只2。

水面支持船只2上搭载有卫星定位子系统21和一级短基线声学定位子系统，卫星定位子系统21与GPS/北斗卫星1通信，获取水面支持船只2的经度和纬度(L,λ)。一级短基线声学定位子系统包括一级短基线阵22和一级应答器，一级短基线阵22设于水面支持船只上2上，一级应答器位于中间舱4上，通过一级短基线阵22和一级应答器对中间舱4进行一级定位，可获取其声学定位信息(x

水底集矿机6上设有用于获取水底集矿机6的惯导信息(x

具体定位过程如下：

步骤S1：利用卫星定位子系统及GPS/北斗卫星获取水面支持船只位置信息(经度L和纬度λ)，完成水面支持船舶等移动目标空中导航定位。

通过一级惯导子系统获取中间舱4的惯导信息(x

通过二级惯导子系统获取水底集矿机6的惯导信息(x

步骤S2：利用中间舱的惯导信息(x

利用水底集矿机6的惯导信息(x

步骤S3：利用偏差(Dx

步骤S4：利用中间舱4的精准位置(x

步骤S5：基于水面支持船只的经纬度、水底集矿机的角度信息及水底集矿机的声学定位信息(x

完成在5000米～6000米水深空间内集矿机实时精确定位。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。