一种远程自航水雷近水面的航行姿态校准系统和方法

摘要

本发明公开了一种远程自航水雷近水面的航行姿态校准系统和方法。使用本发明能够根据初始位置和目标位置，获得远程自航水雷的航向，并通过捷联惯导组件，测量在行驶过程中的雷位信息，发送给航行控制管理中心后，以实时的更新航向。但是，由于捷联惯导组件在长时间使用后会产生误差，为了避免误差，本发明设计了多个雷位校准点，当到达雷位校准点时，通过卫星定位组件，获得较为真实的经纬度信息，并将该信息作为捷联惯导组件的初始位置，以消除误差，提高了导航的精准性。

说明书

技术领域

本发明涉及航行姿态校准领域，具体涉及一种远程自航水雷近水面的航行 姿态校准系统和方法。

背景技术

为进一步提高布雷平台的隐蔽性和安全性，研制自航水雷尤其是远程自航 水雷显得尤其重要。自航水雷所具有的在敌方防御设施外发射，自行突防进入 预定海域对敌重要港口或水域进行封锁的特点，深得各海军强国的青睐。

“十一五”期间，我国开展了第一型自航水雷研制，它是一种由运载体和 沉底雷战斗部组合而成的新型水下武器。“十二五”期间，海军立项的第二型自 航水雷在第一型自航水雷的基础上，大大提高了航程，采用的新型组合导航方 式(INS+DVL+GPS/北斗/GLONASS)也大幅提高了水雷的自主导航精度。

因此，研究远程自航水雷近水面的航行姿态校准方法就是型号研制本身需 要攻克的诸多关键技术之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种远程自航水雷近水面的航行姿态校准系统和 方法，能够实现自主的对远程自航水雷近水面的航行姿态稳定控制，为水雷卫 星定位组件完成有源校准创造条件，提高水雷导航精度，具有很高的军用价值。

一种远程自航水雷近水面的航行姿态校准系统，包括：卫星定位组件、预 置设备和航向姿态控制系统；其中，航向姿态控制系统包括航行控制管理中心、 与航行控制管理中心相连的天线伸缩机构、深度传感器、捷联惯导组件以及与 捷联惯导组件相连的多普勒速度仪；其中，所述卫星定位组件与航向姿态控制 系统中的天线伸缩机构连接；预置设备与航向姿态控制系统中的航行控制管理 中心连接；

所述预置设备，用于将选取的所有雷位校准点和目标位置输入至航行控制 管理中心；

所述多普勒速度仪，用于采集当前远程自航水雷的速度，并将获得的速度 发送给捷联惯导组件；

所述捷联惯导组件，用于在未接收到由航行控制管理中心发来的实际经纬 度信息时，采集当前远程自航水雷的姿态信息，并根据远程自航水雷的速度， 获得当前远程自航水雷的雷位信息，并发送至航行控制管理中心；还用于在接 收到由航行控制管理中心发来的实际经纬度信息后，替代当前雷位信息；

所述深度传感器，用于实时采集当前远程自航水雷相对水面的垂向距离， 并实时的发送给航行控制管理中心；

所述卫星定位组件，在天线伸出时，用于采集当前远程自航水雷的实际经 纬度，并将获得的实际经纬度发送给航行控制管理中心；

所述天线伸缩机构，用于在接收到来自航行控制管理中心的控制指令后， 将卫星定位天线伸出或缩回；

所述航行控制管理中心，用于：

1)在初始情况下，接收来自预置设备发送的雷位校准点和目标位置；并根 据当前起始位置、雷位校准点与目标位置，利用海图，获得远程自航水雷的行 驶航向；

2)在行驶过程中，用于接收由多普勒速度仪发送的当前远程自航水雷的雷 位信息，并以该位置作为初始位置，判断当前剩余雷位校准点个数；若当前剩 余雷位校准点个数不为零时，则以最近雷位校准点作为终点位置，获得当前雷 位到雷位校准点行驶航向；当剩余雷位校准点个数为零时，则以目标位置作为 终点位置，获得当前雷位到目标位置的行驶航向，航行控制管理中心控制远程 自航水雷航行按照所述的行驶航向行驶；

3)还用于根据获得的雷位信息，判断当前远程自航水雷是否处于雷位校准 点，若处于，发送伸出天线的控制指令至天线伸缩机构，并控制远程自航水雷 中的舵机的舵面角度变化并减速，使远程自航水雷上爬；若不处于，则继续按 照所述行驶航向航行，直至达到终点位置为止；

4)还用于在远程自航水雷上爬的过程中，根据采集的垂向距离，判断当前 远程自航水雷的雷位相对水面的垂向距离是否达到设定距离，若未达到，但卫 星定位组件采集到当前的实际经纬度，则航行控制管理中心将获得的实际经纬 度信息发送至捷联惯组组件、并发送缩回天线的控制指令至天线伸缩机构；否 则，继续上爬；直至到达设定的距离为止；航行控制管理中心控制远程自航水 雷的推进电机停止工作，控制天线伸出海面进行采集，直至卫星定位组件采集 到当前远程自航水雷的实际经纬度，启动推进电机。

一种远程自航水雷近水面的航行姿态校准方法，采用如下方法实现：

步骤一、设定目标位置和行驶过程中的雷位校准点，并通过预置设备输入 至航行控制管理中心；航行控制管理中心根据当前起始位置、雷位校准点与目 标位置，利用海图，获得远程自航水雷的行驶航向；并按照所述的行驶航向控 制远程自航水雷航行；深度传感器实时采集当前远程自航水雷相对水面的垂向 距离，并实时的发送给航行控制管理中心；执行步骤二；

步骤二、多普勒速度仪实时采集当前远程自航水雷的速度，并发送至捷联 惯导组件；捷联惯组组件采集当前远程自航水雷的姿态信息，并根据远程自航 水雷的速度，获得当前远程自航水雷的雷位信息，并发送至航行控制管理中心； 步骤三、航行控制管理中心将获得的雷位信息作为初始位置，当剩余雷位校准 点个数不为零时，则以雷位校准点作为终点位置，获得当前雷位到雷位校准点 行驶航向，当剩余雷位校准点个数为零时，则以目标位置作为终点位置，获得 当前雷位到目标位置的行驶航向，航行控制管理中心控制远程自航水雷航行按 照所述的行驶航向行驶；同时，航行控制管理中心还根据雷位信息，判断当前 远程自航水雷是否处于雷位校准点，如果处于，则执行步骤四，否则，继续按 照所述行驶航向航行，直至达到终点位置为止；

步骤四、航行控制管理中心控制天线从伸缩机构控制天线伸出，并控制远 程自航水雷中的舵机的舵面角度变化并减速，使远程自航水雷上爬；在远程自 航水雷上爬的过程中，与天线伸缩机构相连的卫星定位组件开始采集工作，卫 星定位组件一旦采集到当前远程自航水雷的实际经纬度，则发送至航行控制管 理中心；同时，航行控制管理中心根据步骤一中采集的垂向距离，判断当前远 程自航水雷距水面距离是否达到设定距离；若未达到，但卫星定位组件采集到 当前的实际经纬度，则航行控制管理中心将获得的实际经纬度信息发送至捷联 惯组组件，并发送缩回天线的控制指令至天线伸缩机构；执行步骤六；否则， 继续上爬；直至到达设定的距离为止，执行步骤五；

步骤五、航行控制管理中心控制远程自航水雷的推进电机停止工作，控制 天线伸出至海面，卫星定位组件采集到当前远程自航水雷的实际经纬度后，发 送至航行控制管理中心，并通过航行控制管理中心发送至捷联惯组组件；之后， 航行控制管理中心启动推进电机；

步骤六、捷联惯组组件将获得的实际经纬度代替由捷联惯组组件测量得到 的雷位信息，返回步骤三。

有益效果：

本发明的航行控制管理中心，首先根据初始位置和目标位置，获得远程自 航水雷的航向，并通过捷联惯导组件，测量在行驶过程中的雷位信息，发送给 航行控制管理中心后，以实时的更新航向。但是，由于捷联惯导组件在长时间 使用后会产生误差，为了避免误差，本发明设计了多个雷位校准点，当到达雷 位校准点时，通过卫星定位组件，获得较为真实的经纬度信息，并将该信息作 为捷联惯导组件的初始位置，以消除误差，提高了导航的精准性。

附图说明

图1为远程自航水雷近水面校准弹道控制方法组成框图。

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种远程自航水雷近水面的航行姿态校准系统，如图1所示， 包括：卫星定位组件、预置设备和航向姿态控制系统；其中，航向姿态控制系 统包括航行控制管理中心、与航行控制管理中心相连的天线伸缩机构、深度传 感器、捷联惯导组件以及与捷联惯导组件相连的多普勒速度仪；其中，所述卫 星定位组件与航向姿态控制系统中的天线伸缩机构连接；预置设备与航向姿态 控制系统中的航行控制管理中心连接；

所述预置设备，用于将选取的所有雷位校准点和目标位置输入至航行控制 管理中心；

所述多普勒速度仪，用于采集当前远程自航水雷的速度，并将获得的速度 发送给捷联惯导组件；

所述捷联惯导组件，用于在未接收到由航行控制管理中心发来的实际经纬 度信息时，采集当前远程自航水雷的姿态信息，并根据远程自航水雷的速度， 获得当前远程自航水雷的雷位信息，并发送至航行控制管理中心；还用于在接 收到由航行控制管理中心发来的实际经纬度信息后，替代当前雷位信息。由于 联惯导组件测速会产生误差，这样一来，计算获得的当前远程自航水雷的雷位 信息就会产生误差；长时间工作后，当前远程自航水雷的雷位信息的误差就会 积累；为此，本发明定点测量实际经纬度，并对捷联惯导组件中获得的当前雷 位信息进行替换，重新测算航向。

所述深度传感器，用于实时采集当前远程自航水雷相对水面的垂向距离， 并实时的发送给航行控制管理中心；

所述卫星定位组件，在天线伸出时，用于采集当前远程自航水雷的实际经 纬度，并将获得的实际经纬度发送给航行控制管理中心；

所述天线伸缩机构，用于在接收到来自航行控制管理中心的控制指令后， 将卫星定位天线伸出或缩回；

1)在初始情况下，接收来自预置设备发送的雷位校准点和目标位置；并根 据当前起始位置、雷位校准点与目标位置，利用海图，获得远程自航水雷的行 驶航向；

2)在行驶过程中，用于接收由多普勒速度仪发送的当前远程自航水雷的雷 位信息，并以该位置作为初始位置，判断当前剩余雷位校准点个数；若当前剩 余雷位校准点个数不为零时，则以最近雷位校准点作为终点位置，获得当前雷 位到雷位校准点行驶航向；当剩余雷位校准点个数为零时，则以目标位置作为 终点位置，获得当前雷位到目标位置的行驶航向，航行控制管理中心控制远程 自航水雷航行按照所述的行驶航向行驶；

3)还用于根据获得的雷位信息，判断当前远程自航水雷是否处于雷位校准 点，若处于，发送伸出天线的控制指令至天线伸缩机构，并控制远程自航水雷 中的舵机的舵面角度变化并减速，使远程自航水雷上爬；若不处于，则继续按 照所述行驶航向航行，直至达到终点位置为止；

4)还用于在远程自航水雷上爬的过程中，根据采集的垂向距离，判断当前 远程自航水雷的雷位相对水面的垂向距离是否达到设定距离，若未达到，但卫 星定位组件采集到当前的实际经纬度，则航行控制管理中心将获得的实际经纬 度信息发送至捷联惯组组件、并发送缩回天线的控制指令至天线伸缩机构；否 则，继续上爬；直至到达设定的距离为止；航行控制管理中心控制远程自航水 雷的推进电机停止工作，控制天线伸出海面进行采集，直至卫星定位组件采集 到当前远程自航水雷的实际经纬度，启动推进电机。

一种远程自航水雷近水面的航行姿态校准方法，如图2所示，其主要思想 在于：

本发明的校准过程经历了四部分：首先是上爬环节，航向姿态控制系统判 断远程自航水雷是否到达需要校准的航路点(雷位校准点)，到达后，规划远程 自航水雷上爬到定深0.5米的近水面的航向；其次是低速校准环节，航向姿态控 制系统控制远程自航水雷低速上爬，同时，天线从伸缩机构伸出，卫星定位组 件上电，进行卫星定位校准(最长校准时间可设定)；第三环节是漂浮校准环节， 如果在第二个部分中，卫星无法完成定位，当远程自航水雷到达定深为0.5米的 近水面后，则控制水雷停机，天线伸出海面，进行漂浮校准(最长校准时间可 设定)；最后是下潜环节，如果卫星定位校准成功，航向姿态控制系统控制远程 自航水雷恢复校准前深度(预设定为定深弹道)或小于等于校准前的深度。并 规划后续的航向；

其具体实现的方法为：

步骤一、设定目标位置和行驶过程中的雷位校准点；并通过预置设备将选 取的雷位校准点和目标位置输入至航行控制管理中心；航行控制管理中心根据 当前起始位置、雷位校准点与目标位置，利用海图，获得远程自航水雷的行驶 航向；并按照所述的行驶航向控制远程自航水雷航行；深度传感器开始工作， 深度传感器实时采集当前远程自航水雷相对水面的垂向距离，并实时的发送给 航行控制管理中心；执行步骤二；

步骤二、多普勒速度仪实时采集当前远程自航水雷的速度，并发送至捷联 惯导组件；捷联惯组组件采集当前远程自航水雷的姿态信息，并根据远程自航 水雷的速度，获得当前远程自航水雷的雷位信息，并发送至航行控制管理中心；

步骤三、航行控制管理中心将获得的雷位信息作为初始位置，剩余雷位校 准点个数不为零时，则以雷位校准点作为终点位置，获得当前雷位到雷位校准 点行驶航向，当剩余雷位校准点个数为零时，则以目标位置作为终点位置，获 得当前雷位到目标位置的行驶航向，航行控制管理中心控制远程自航水雷航行 按照所述的行驶航向行驶；同时，航行控制管理中心还会根据雷位信息，判断 当前远程自航水雷是否处于雷位校准点，如果处于，则执行步骤四，否则，继 续按照所述行驶航向航行，直至达到终点位置为止；

值得注意的是，当剩余雷位校准点个数不为零时，则以雷位校准点作为终 点位置，利用公式(1)，获得远程自航水雷的行驶航向；

$\psi =2\pi -\arctan \left[\frac{2\times cos\left(\frac{{\lambda }_0+{\lambda }_d}{2}\right)\times (l_d-l_0)}{{\lambda }_d-{\lambda }_0}\right]---\left(1\right)$

其中(l₀，λ₀)和(l_d，λ_d)分别为当前的经纬度信息和下一个雷位校准点经纬度 信息。ψ为远程自航水雷的行驶航向。

当剩余雷位校准点个数为零时，则以目标位置作为终点位置，利用公式(1)， 获得远程自航水雷的航向；

步骤四、航行控制管理中心控制天线从伸缩机构控制天线伸出，并控制远 程自航水雷中的舵机的舵面角度变化并减速，使远程自航水雷上爬；在远程自 航水雷上爬的过程中，与天线伸缩机构相连的卫星定位组件开始采集工作，卫 星定位组件一旦采集到当前远程自航水雷的实际经纬度，则发送至航行控制管 理中心；同时，航行控制管理中心根据步骤一中采集的垂向距离，判断当前远 程自航水雷距水面距离是否达到设定距离；若未达到，但卫星定位组件采集到 当前的实际经纬度，则航行控制管理中心将获得的实际经纬度信息发送至捷联 惯组组件，并发送缩回天线的控制指令至天线伸缩机构；执行步骤六；否则， 继续上爬；直至到达设定的距离为止，执行步骤五；

步骤五、、航行控制管理中心控制远程自航水雷的推进电机停止工作，控制 天线伸出至海面，卫星定位组件采集到当前远程自航水雷的实际经纬度后，发 送至航行控制管理中心，并通过航行控制管理中心发送至捷联惯组组件；由于 捷联惯组组件在长时间使用后，会产生累积误差，为了避免出现此类情况，本 发明将采集到的实际经纬度通过航行控制管理中心发送至捷联惯组组件；之后， 航行控制管理中心启动推进电机；

步骤六、捷联惯组组件将获得的实际经纬度代替由捷联惯组组件测量得到 的雷位信息，这样一来，捷联惯组组件将以该实际经纬度信息作为初始位置， 返回步骤三；这样一来，捷联惯组组件也可以消除由长时间工作而带来的误差。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。