烟台哈尔滨工程大学研究院李冬雪获国家专利权
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龙图腾网获悉烟台哈尔滨工程大学研究院申请的专利基于旋转电流场与电磁数据融合的AUV导引对接系统及方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120489143B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-19发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510983448.8,技术领域涉及:G01C21/20;该发明授权基于旋转电流场与电磁数据融合的AUV导引对接系统及方法是由李冬雪;刘佳晖;赵留念;徐以东;贾佩松;薛伟设计研发完成,并于2025-07-17向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于旋转电流场与电磁数据融合的AUV导引对接系统及方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于旋转电流场与电磁数据融合的AUV导引对接系统及方法,属于水下航行器导航技术领域。AUV导引对接系统包括设置在对接基站的发射系统和设置在AUV上的接收系统,发射系统包括圆周均布的若干发射电极,通过接入带有相位差的正弦波电压产生旋转电流场和磁场;接收系统包括4组用于接收旋转电流场所产生的电压信号的差分电极和用于接收旋转电流场产生的磁场信号的磁通门传感器。本发明采用旋转电流场同时产生电场和磁场,通过融合电场信号的幅值特征与磁场信号的相位特征进行联合定位,克服了传统单一场导引方式易受环境干扰的缺陷,具有精度高、响应速度快等优点。
本发明授权基于旋转电流场与电磁数据融合的AUV导引对接系统及方法在权利要求书中公布了:1.一种AUV导引对接方法,其特征在于:所述AUV导引对接方法通过基于旋转电流场与电磁数据融合的AUV导引对接系统实现; 所述基于旋转电流场与电磁数据融合的AUV导引对接系统包括设置在对接基站的发射系统和设置在AUV上的接收系统; 以对接基站的对接中心为原点建立固定空间坐标系,固定空间坐标系的Z轴与对接中线方向一致; 所述发射系统包括在固定空间坐标系的XOY平面上以原点O为圆心圆周均匀设置的个发射电极(4),为大于等于6的偶数; 所述的个发射电极(4)接入幅值相等、频率一致且相位等差的正弦波电压;在固定空间坐标系的XOY平面内,沿逆时针或顺时针方向,任意两个相邻的发射电极(4)中,后一个发射电极(4)的电压相位与前一个发射电极(4)的电压相位之差设置为,从而产生旋转电流场,同时该旋转电流场产生一个磁场; 以AUV前端中心为原点建立移动空间坐标系,移动空间坐标系的Z轴与AUV的轴线相重合; 所述接收系统包括接收电极和磁通门传感器(3); 接收电极包括围绕移动空间坐标系的Z轴圆周均布的若干差分电极,每组差分电极均包括两个电极:位于AUV前部的前部电极(2),位于前部电极(2)正后方且相距固定距离的后部电极(1);所述差分电极用于接收旋转电流场所产生的电压信号; 差分电极为4组;沿移动空间坐标系的Z轴方向观察,从X正半轴开始将4个前部电极(2)按逆时针方向依次编号为a、b、c、d,将对应的4个后部电极(1)按逆时针方向依次编号为e、f、g、h,并将编号为的前部电极(2)和编号为的后部电极(1)组成的差分电极的电压信号的幅值记为、相位记为; 所述磁通门传感器(3)安装在移动空间坐标系的原点处,用于接收旋转电流场产生的磁场信号; 将磁通门传感器(3)接收到的磁场信号沿移动空间坐标系的X轴、Y轴、Z轴的分量的幅度分别记为、和,该磁场信号沿移动空间坐标系的X轴、Y轴、Z轴的分量的相位分别记为、和; 所述AUV导引对接方法通过差分电极获得的电压信号和磁通门传感器(3)获得的磁场信号实时估计出AUV当前在固定空间坐标系中的三维坐标;每估计出一次三维坐标后,根据当前的三维坐标和预设的导引路径,调整AUV的移动方向,使AUV沿导引路径进一步靠近对接中心; 根据差分电极获得的电压信号和磁通门传感器(3)获得的磁场信号估计AUV当前在固定空间坐标系中的三维坐标的方式为: 步骤1、基于差分电极的电压信号的幅度和磁通门传感器(3)的磁场信号的相位计算得到AUV相对于固定空间坐标系的夹角估计值;设当前AUV前端中心在固定空间坐标系的XOY平面上的投影点为A,则所述夹角估计值是指在固定空间坐标系的XOY平面上矢量相对于固定空间坐标系的X轴正向的夹角; 步骤1中,夹角估计值的计算方式为:基于差分电极的电压信号的幅度计算出第一夹角估计值,基于磁通门传感器(3)的磁场信号的相位计算出第二夹角估计值,将第一夹角估计值和第二夹角估计值的均值作为所述夹角估计值; 步骤2、基于差分电极的电压信号的相位计算固定空间坐标系的XOY平面内AUV的投影点A与原点O之间的距离估计值; 步骤3、基于夹角估计值和距离估计值计算出AUV在固定空间坐标系中的X轴坐标和Y轴坐标,基于磁通门传感器(3)的磁场信号的幅度和距离估计值计算出AUV在固定空间坐标系中的Z轴坐标。
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