一种AUV水下自主回收系统及方法

一种auv水下自主回收系统及方法
技术领域
1.本发明属于auv回收技术领域，具体涉及一种auv水下自主回收系统及方法。

背景技术：

2.auv(autonomous underwater vehicle)作为一种应用广泛、实用性高、前景广阔的海洋无人航行设备，在海洋开发、水下搜救等方面发挥了巨大作用，其中auv的自主回收技术为研究auv的关键技术之一。其中水下自主对接的回收过程更加灵活、可以避免受到地形和海洋附着物的影响，作业效率更高，因此被更多的应用于auv的自主回收过程中。
3.翼身融合水下滑翔机适合远程航行，噪音小、隐身性较好，可进行长时间的潜伏航行，但是由于其特殊的外形特征，相较于回转体型滑翔机，翼身融合水下滑翔机机动性不足，因此用一种全驱高机动性的小型航行器完成灵活探查的目的。此种小型航行器机动性较高，具有较好的侦察能力和搭载能力，但受到能源和运动方式的限制，无法进行远距离航行。结合翼身融合水下滑翔机与小型航行器的特点，本发明提出使用滑翔机搭载一个八驱高机动小型航行器的工作模式。
4.目前的研究主要着重于对回转体型auv进行回收，回收装置多为喇叭口状；现有技术中记载有采用升降台式auv释放回收装置，此种装置占用体积较大，并且对于回收的auv的外形于体积等参数限制较大，不适用于扁平状水下滑翔机对auv进行回收。
5.目前也有部分研究针对于翼身融合式水下滑翔机对auv的回收释放，现有技术中有采用悬挂式auv释放回收装置，但此种装置置于滑翔机内部，进行auv释放回收的过程中，翼身融合水下滑翔机的原始水动力布局改变较大，增加了航行阻力，也削弱了滑翔机低功耗、静音滑翔等优势，影响滑翔机的正常航行效率与航行安全性。

技术实现要素：

6.要解决的技术问题：
7.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种auv水下自主回收系统及方法，采用保形搭载式auv水下自主回收技术，以翼身融合水下滑翔机为水下对接平台，在保持或不大改变滑翔机整体流线型的水动力布局的前提下实现载荷搭载的目的。
8.本发明的技术方案是：一种auv水下自主回收系统，包括搭载母艇和auv，所述搭载母艇的机身底部设置有回收坞舱；通过所述回收坞舱实现对auv的回收、锁紧固定，以及信号、数据交互和能量补给；保证回收后auv露出部分与搭载母艇的机身底部型面为一体流线型；
9.所述auv上设置有控制系统、推进器、升学引导装置、姿态调节装置和视觉处理系统；
10.通过所述升学引导装置搜寻确定水下滑翔机位置，并通过控制系统控制auv航行至搭载母艇附近；
11.通过所述姿态调节装置调整auv自身位置与姿态，使得auv与搭载母艇的纵向速度
一致；
12.通过所述视觉处理系统识别所述回收坞舱的信标，并计算出与回收坞舱的位置偏差，根据偏差进行自身位置姿态调整；
13.通过所述推进器控制auv上浮靠近回收坞舱，当auv进入回收坞舱后，通过回收坞舱的锁紧装置对auv进行固定，完成整个对接过程。
14.本发明的进一步技术方案是：所述搭载母艇为翼身融合水下滑翔机。
15.本发明的进一步技术方案是：所述回收坞舱为敞口式结构，回收后的auv嵌于回收坞舱内，且auv的下部流线型与搭载母艇机身型面光滑过渡衔接。
16.本发明的进一步技术方案是：所述回收坞舱的敞口处设置有导向结构，用于引导auv进入回收坞舱。
17.本发明的进一步技术方案是：所述回收坞舱的信标包括声信标和光源信标，所述声信标用于远程搜索阶段，光源信标用于近距离对接阶段。
18.一种auv水下自主回收方法，应用于翼身融合水下滑翔机，具体步骤如下：
19.步骤1：收到回收指令后，水下滑翔机将航行至回收附近海域进行周期运动等待auv信号；auv通过自身升学导引装置发送自身信号以搜寻确定水下滑翔机位置；
20.步骤2：水下滑翔机保持自身运动状态不变，auv逐渐运动靠近回收坞舱的正下方位置，通过调整自身位置与姿态，使auv保持于滑翔机的纵向速度一致；再调整自身的位置与姿态，以进行回收；
21.步骤3：auv对回收坞舱上的光源信标位置进行识别，通过自身视觉处理系统计算出与回收坞舱的位置偏差，根据偏差进行自身位置姿态调整，通过auv上的推进器控制auv上浮靠近回收坞舱，当auv进入回收坞舱后，通过回收坞舱的锁紧装置对auv进行固定，完成整个对接过程。
22.有益效果
23.本发明的有益效果在于：本发明创新性的设计了保形搭载的工作模式，通过翼身融合水下滑翔机搭载小型航行器即auv进行航行；回收坞舱为开口式结构，auv下部为流线型，在auv进入坞舱完成回收后，下部形状与水下滑翔机的底部外形完成流畅过渡，起到保形效果，最大程度上保证滑翔机外形的完整；在保持或者不大改变滑翔机整体线性的水动力布局的前提下实现了载荷搭载的目的。这种工作模式一方面利用了滑翔机远航程、低功耗、低噪音以及隐身性较好的优点，结合小型auv的机动性、水下探查能力，相比于投弹仓模式，解决了扁平状翼身融合水下滑翔机搭载空间有限的问题；另一方面，同时相比于挂载模式，本发明有效优化了外形，减小了作为挂载的小型auv对于滑翔机水动力布局的影响，实现了远程投送以及深海探查的目标。
24.本发明实施例中采用小型八驱航行器为搭载航行器，完成水下探查工作。扁平状的水下滑翔机搭载小型航行器，对比以往安装在滑翔机内部的舱室，此种搭载技术保留了滑翔机的流线外形，为改变滑翔机的流体动力布局，在完成远航程、低功耗、静音隐身航行任务的同时，小型航行器的高机动性可以较好完成水下探查任务。因此，该系统即提升了滑翔机的探测能力，又提高了小型航行器，即auv的航程，实现了远程投送、深远海侦察等目的。
附图说明
25.图1保形搭载回收装置总体示意图；
26.图2保形搭载滑翔机水下航行示意图；
27.图3小型航行器脱离滑翔机工作示意图；
28.图4小型航行器水下回收示意图；
29.附图标记说明：1.水下滑翔机、2.auv、3.回收坞舱3。
具体实施方式
30.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.如图1～3所示，本实施例一种auv水下自主回收系统包括翼身融合水下滑翔机1和auv2，水下滑翔机1的机身底部设置有回收坞舱3；
32.回收坞舱3为敞口式结构，回收后的auv2嵌于回收坞舱内；通过回收坞舱3实现对auv2的回收、锁紧固定，以及信号、数据交互和能量补给；保证回收后auv2露出部分与水下滑翔机1的机身底部型面为一体流线型；所述回收坞舱3的信标包括声信标和光源信标，所述声信标用于远程搜索阶段，光源信标用于近距离对接阶段。
33.auv2上设置有控制系统、推进器、升学引导装置、姿态调节装置和视觉处理系统；
34.通过所述升学引导装置搜寻确定水下滑翔机位置，并通过控制系统控制auv航行至搭载母艇附近；通过所述姿态调节装置调整auv自身位置与姿态，使得auv与搭载母艇的纵向速度一致；通过所述视觉处理系统识别所述回收坞舱的信标，并计算出与回收坞舱的位置偏差，根据偏差进行自身位置姿态调整；通过所述推进器控制auv上浮靠近回收坞舱，当auv进入回收坞舱后，通过回收坞舱的锁紧装置对auv进行固定，完成整个对接过程。
35.参照图4所示，本实施例提供了一种保形搭载式auv水下回收技术，通过艇体内置回收坞舱的方式，完成auv的回收。以运动母艇下方的内部安装回收坞舱作为回收端，以auv为控制载体，将整个回收过程分为归航、调整以及对接三个阶段，最终使auv在自身控制系统的作用下进入回收坞舱，完成整个回收过程。
36.归航段：自auv结束水下作业准备进入回收轨道开始到抵达水下滑翔机附近结束。当需要进行回收操作时，水下滑翔机将航行至回收附近海域进行周期运动等待auv信号。auv结束水下作业后将通过自身升学导引装置发送自身信号以搜寻确定水下滑翔机位置，回收坞舱上搭载有声信标。水下滑翔机通过接收到的信息进行航行轨迹规划。
37.调整段：在该阶段水下滑翔机保持自身运动状态不变，auv逐渐运动靠近回收装置的正下方位置，不断调整自身位置与姿态，使auv保持于滑翔机的纵向速度一致，同时调整自身的位置与姿态，以进行回收。
38.对接段：当auv完成自身位置与姿态调整，并且速度适合对接时，开始进行对接运动。auv通过对回收装置上的光源位置进行识别，通过自身视觉处理系统计算出与回收坞舱的位置偏差，根据偏差进行自身位置姿态调整，通过auv上的推进器控制auv上浮靠近回收坞舱，当auv进入回收坞舱后，通过回收坞舱的锁紧装置对auv进行固定，完成整个对接过程。
39.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种auv水下自主回收系统，其特征在于：包括搭载母艇和auv，所述搭载母艇的机身底部设置有回收坞舱；通过所述回收坞舱实现对auv的回收、锁紧固定，以及信号、数据交互和能量补给；保证回收后auv露出部分与搭载母艇的机身底部型面为一体流线型；所述auv上设置有控制系统、推进器、升学引导装置、姿态调节装置和视觉处理系统；通过所述升学引导装置搜寻确定水下滑翔机位置，并通过控制系统控制auv航行至搭载母艇附近；通过所述姿态调节装置调整auv自身位置与姿态，使得auv与搭载母艇的纵向速度一致；通过所述视觉处理系统识别所述回收坞舱的信标，并计算出与回收坞舱的位置偏差，根据偏差进行自身位置姿态调整；通过所述推进器控制auv上浮靠近回收坞舱，当auv进入回收坞舱后，通过回收坞舱的锁紧装置对auv进行固定，完成整个对接过程。2.根据权利要求1所述一种auv水下自主回收系统，其特征在于：所述搭载母艇为翼身融合水下滑翔机。3.根据权利要求1所述一种auv水下自主回收系统，其特征在于：所述回收坞舱为敞口式结构，回收后的auv嵌于回收坞舱内，且auv的下部流线型与搭载母艇机身型面光滑过渡衔接。4.根据权利要求3所述一种auv水下自主回收系统，其特征在于：所述回收坞舱的敞口处设置有导向结构，用于引导auv进入回收坞舱。5.根据权利要求1所述一种auv水下自主回收系统，其特征在于：所述回收坞舱的信标包括声信标和光源信标，所述声信标用于远程搜索阶段，光源信标用于近距离对接阶段。6.一种采用权利要求1所述auv水下自主回收系统进行自主回收的方法，应用于翼身融合水下滑翔机，其特征在于具体步骤如下：步骤1：收到回收指令后，水下滑翔机将航行至回收附近海域进行周期运动等待auv信号；auv通过自身升学导引装置发送自身信号以搜寻确定水下滑翔机位置；步骤2：水下滑翔机保持自身运动状态不变，auv逐渐运动靠近回收坞舱的正下方位置，通过调整自身位置与姿态，使auv保持于滑翔机的纵向速度一致；再调整自身的位置与姿态，以进行回收；步骤3：auv对回收坞舱上的光源信标位置进行识别，通过自身视觉处理系统计算出与回收坞舱的位置偏差，根据偏差进行自身位置姿态调整，通过auv上的推进器控制auv上浮靠近回收坞舱，当auv进入回收坞舱后，通过回收坞舱的锁紧装置对auv进行固定，完成整个对接过程。

技术总结

本发明一种AUV水下自主回收系统及方法，属于AUV回收技术领域；包括搭载母艇和AUV，搭载母艇的机身底部设置有回收坞舱；通过所述回收坞舱实现对AUV的回收、锁紧固定，以及信号、数据交互和能量补给；保证回收后AUV露出部分与搭载母艇的机身底部型面为一体流线型；AUV上设置有控制系统、推进器、升学引导装置、姿态调节装置和视觉处理系统。本发明采用保形搭载式AUV水下自主回收技术，以翼身融合水下滑翔机为水下对接平台，在保持或不大改变滑翔机整体流线型的水动力布局的前提下实现载荷搭载的目的，提升了滑翔机的探测能力，又提高了小型航行器，即AUV的航程，实现了远程投送、深远海侦察等目的。海侦察等目的。海侦察等目的。