9、海洋机器人导航方法与技术解析

海洋机器人导航方法与技术解析

1 基于传感器的导航方法

1.1 多普勒测速仪（DVL）

DVL 可通过测量多普勒频移来确定机器人相对于海底或水体的速度。在平坦地形且传感器范围内，它能测量真实航向角与地面的关系，这种方法称为“底锁”，适用于 100 - 200 米的高度。当无法测量到底部时，还能以“水锁”模式测量通过水的速度。

不过，DVL 系统存在两个误差源：姿态传感器的航向精度和 DVL 与姿态传感器之间的校准对齐误差。基于速度测量来估计位置的过程称为航位推算（DR），但这些误差会导致位置估计误差随时间漂移。

1.2 相关速度记录仪（CVL）和声学多普勒海流剖面仪（ADCP）

CVL 基于多普勒效应工作，能在高达 500 米的高度以高精度测量速度，即使在低速时也表现出色。ADCP 则用于直接测量海流速度。但需注意，这些传感器在非结构化地形中的使用受限。

1.3 基于螺旋桨转速的速度估计方法

该方法利用螺旋桨的旋转速率和机器人的动态模型来估计通过水的速度。通常，控制系统会计算螺旋桨旋转速率作为参考值，通过建立旋转速率与速度之间的稳态关系，可以较为准确地估计速度。然而，该方法的缺点是需要为每个新的机器人建立复杂的动态模型。

1.4 低深度水下任务的解决方案

上述基于传感器的测量原理都无法提供永久无漂移的 x 和 y 坐标估计。对于低深度水下任务，一种可行的解决方案是机器人携带 DVL/IMU/AHRS 设备，并定期回到水面使用 GPS 定位来校正位置估计。例如，在调查任务中，机器人以割草机式的机动方式移动，可在转弯时浮出水面进行 GPS 定位，然后