本发明为涉及海洋技术领域的一种自主水下航行器的回收方法。
背景技术：
目前自主水下航行器在军事海洋技术、海洋科学技术考察、海底勘探、管路维修、海底打捞等多个领域具有广泛的应用，因此自主水下航行器的研制和应用是我国海洋技术研究的重要组成部分,它对于海洋的探索、开发和利用,具有重要的理论研究意义和明确的应用背景。
自主水下航行器通常要自带能源在水下工作，其工作时间和航行距离都有限制，因此自主水下航行器的回收是自主水下航行器服役中的一个重要环节。伴随着时代的发展，大量自主水下航行器处于在海上或海底服役中,所以对自主水下航行器的回收有了新的要求。为了更好的适应实际生产生活中的需要,自主水下航行器的回收方法成了研究的一个重点和热点。
技术实现要素：
本发明为一种自主水下航行器的回收方法，该方法分为四个过程，分别为自主水下航行器结构设定、自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞、自主水下航行器自主调节航态上浮和自主水下航行器航行至指定区域后借助遥控潜水器(rov)通过浸没式回收装置回到水面母船；
过程一、自主水下航行器结构设定：
自主水下航行器包括耐压壳体、海底地震检波模块和多自由度推进模块；
耐压壳体由高密度耐压材料构成，为自主水下航行器的主体支撑部分；
海底地震检波模块包括三分量加速度检波器、水听器和姿态传感器，三分量加速度检波器封装于耐压壳体中，并与耐压壳体刚性固连，提高了三分量加速度检波器与海底的耦合性；水听器固定于自主水下航行器的凹槽中与海水直接接触，从而确保水听器的声学耦合性；姿态传感器封装于耐压壳体中，用以记录自主水下航行器的姿态信息，即自主水下航行器相对于地球参考系的坐标位置；
多自由度推进模块包括4个垂向的槽道螺旋桨推进器、4个作动器和2个纵向的槽道螺旋桨推进器，4个垂向的槽道螺旋桨推进器按矩形四个顶点的规则布置于自主水下航行器的四周，提供正反双向的推力用以保持自主水下航行器运行的稳定性，必要时可改变自主水下航行器的运动姿态；4个作动器分别安装在4个垂向的槽道螺旋桨推进器上，用以在自主水下航行器改变运动姿态时产生动作控制4个垂向的槽道螺旋桨推进器；2个纵向的槽道螺旋桨推进器布置于自主水下航行器的两侧内部，提供纵向的推力用以推动自主水下航行器前进，也可通过2个纵向的槽道螺旋桨推进器的差速旋转提供转向力矩，推动自主水下航行器的转向；
过程二、自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞：
自主水下航行器通过搭载的海底地震检波模块的水听器接收水面母船发出的水声返回信号后，2个纵向槽道螺旋桨推进器反向转动，产生的扭转力矩松动附着在自主水下航行器周围的海床土壤；同时，4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作产生垂向推力，使自主水下航行器从海床上起飞；
过程三、自主水下航行器自主调节航态上浮：
4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作，使自主水下航行器改变为竖直航态，即一种低阻力航行姿态，自主水下航行器在2个纵向的槽道螺旋桨推进器推力的作用下克服重力上浮；同时，海底地震检波模块的姿态传感器检测自主水下航行器的当前姿态，当自主水下航行器受到海流等外力影响偏离竖直状态时，通过4个垂向的槽道推进器的短促微调将自主水下航行器修正到竖直航态，具体修正航态方法如下：
(1)海底地震检波模块的姿态传感器检测自主水下航行器的当前姿态，得到自主水下航行器当前姿态数据集，令自主水下航行器当前姿态数据集为p＝{x,y,z,α,β,γ}，其中x为自主水下航行器当前横向坐标值，y为自主水下航行器当前纵向坐标值，z为自主水下航行器当前垂向坐标值，α为自主水下航行器当前绕横向旋转的角度值，β为自主水下航行器当前绕纵向旋转的角度值，γ为自主水下航行器当前绕垂向旋转的角度值，自主水下航行器当前姿态数据集中的坐标值与角度值都是以地球为参考系，自主水下航行器当前姿态数据集与自身内置的自主水下航行器设定姿态数据集进行数值比较，令自主水下航行器设定姿态数据集为
其中，i＝1，2，3为数据集内平移数据的个数，p自主水下航行器当前姿态数据集，pi为自主水下航行器当前姿态数据集中第i个数据的值，q自主水下航行器设定姿态数据集，qi为自主水下航行器设定姿态数据集中第i个数据的值，λ为拉格朗日乘子，一般取值为0.4～0.6，t为矩阵转置符号，
旋转姿态修正因子的计算公式如下：
其中，i＝4，5，6为数据集内旋转数据的个数，p自主水下航行器当前姿态数据集，pi为自主水下航行器当前姿态数据集中第i个数据的值，q自主水下航行器设定姿态数据集，qi为自主水下航行器设定姿态数据集中第i个数据的值，λ为拉格朗日乘子，一般取值为0.4～0.6，t为矩阵转置符号，
(2)姿态传感器将平移姿态修正因子m和旋转姿态修正因子n通过综合加权计算得到4个姿态修正子因子，分别为
过程四、自主水下航行器航行至指定区域后借助遥控潜水器(rov)通过浸没式回收装置回到水面母船：
水面母船发出水声返回信号来对自主水下航行器进行引导，自主水下航行器通过海底地震检波模块的三分量加速度检波器检测出水声返回信号的波形频段，然后计算出与水面母船之间的马氏距离，2个纵向槽道螺旋桨推进器根据马氏距离开始工作，使得自主水下航行器航行至浸没式回收装置前方的检索范围内，遥控潜水器(rov)在水面母船工作人员的操作下将自主水下航行器逐个推入浸没式回收装置，然后将含有自主水下航行器的浸没式回收装置从水中提升至水面母船的甲板上。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例：本发明为一种自主水下航行器的回收方法，该方法分为四个过程，分别为自主水下航行器结构设定、自主水下航行器抵抗海床土壤的吸附力起飞、自主水下航行器自主调节航态上浮和自主水下航行器航行至指定区域后借助遥控潜水器(rov)通过浸没式回收装置回到水面母船。
首先，对自主水下航行器进行结构设定，自主水下航行器包括耐压壳体、海底地震检波模块和多自由度推进模块。
耐压壳体由10mpa模具耐压板构成，该材料具有优良的抗弯强度与加工性能，可冲压加工成各种形状而不分层。
海底地震检波模块包括三分量加速度检波器、水听器和姿态传感器，三分量加速度检波器采用ad310模块dc-440m对数检波器，该检波器为基于渐进压缩技术的400mhz完整单芯片解调对数放大器，在频率最高为100mhz时可提供95db和90db的动态范围，能够精准地检测出水声返回信号的波形频段，它封装于耐压壳体中，并与耐压壳体刚性固连，提高了三分量加速度检波器与海底的耦合性；水听器固定于自主水下航行器的凹槽中与海水直接接触，从而确保水听器的声学耦合性；姿态传感器采用bwt901cl六轴姿态传感器，动态测角精度能达到0.05度，六轴无漂移现象，含有4路多功能扩展结构，并且集成高精度卡尔曼滤波姿态融合算法，能够计算出姿态修正因子，进而传至螺旋桨推进器的作动器上，修正自主水下航行器的航态。
多自由度推进模块包括4个垂向的槽道螺旋桨推进器、4个作动器和2个纵向的槽道螺旋桨推进器，4个垂向的槽道螺旋桨推进器布置于自主水下航行器的四周(按矩形四个顶点排布)，提供正反双向的推力用以保持自主水下航行器运行的稳定性，必要时可改变自主水下航行器的运动姿态；4个作动器分别安装在4个垂向的槽道螺旋桨推进器上，用以在自主水下航行器改变运动姿态时产生动作控制4个垂向的槽道螺旋桨推进器；2个纵向的槽道螺旋桨推进器布置于自主水下航行器的两侧内部，提供纵向的推力用以推动自主水下航行器前进，也可通过螺旋桨推进器的差速旋转提供转向力矩，推动自主水下航行器转向
然后自主水下航行器通过搭载的海底地震检波模块的水听器接收水面母船发出的水声返回信号后，2个纵向槽道螺旋桨推进器反向转动，产生的扭转力矩松动附着在自主水下航行器周围的海床土壤；同时，4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作产生垂向推力，使自主水下航行器从海床上起飞。
紧接着，4个垂向的槽道螺旋桨推进器工作，使自主水下航行器改变为竖直航态，即一种低阻力航行姿态，自主水下航行器在2个纵向的槽道螺旋桨推进器推力的作用下克服重力上浮；同时，海底地震检波模块的姿态传感器检测自主水下航行器的当前姿态，当自主水下航行器受到海流等外力影响偏离竖直状态时，通过4个垂向的槽道推进器的短促微调将自主水下航行器修正到竖直航态，具体修正航态方法如下：
(1)海底地震检波模块的姿态传感器检测自主水下航行器的当前姿态，得到自主水下航行器当前姿态数据集，令自主水下航行器当前姿态数据集为p＝{x,y,z,α,β,γ}，其中x为自主水下航行器当前横向坐标值，y为自主水下航行器当前纵向坐标值，z为自主水下航行器当前垂向坐标值，α为自主水下航行器当前绕横向旋转的角度值，β为自主水下航行器当前绕纵向旋转的角度值，γ为自主水下航行器当前绕垂向旋转的角度值，自主水下航行器当前姿态数据集中的坐标值与角度值都是以地球为参考系，自主水下航行器当前姿态数据集与自身内置的自主水下航行器设定姿态数据集进行数值比较，令自主水下航行器设定姿态数据集为
其中，i＝1，2，3为数据集内平移数据的个数，p为当前姿态数据集，pi为自主水下航行器当前姿态数据集中第i个数据的值，q为设定姿态数据集，qi为自主水下航行器设定姿态数据集中第i个数据的值，λ为拉格朗日乘子，一般取值为0.4～0.6，t为矩阵转置符号，
旋转姿态修正因子的计算公式如下：
其中，i＝4，5，6为数据集内旋转数据的个数，p为当前姿态数据集，pi为自主水下航行器当前姿态数据集中第i个数据的值，q为设定姿态数据集，qi为自主水下航行器设定姿态数据集中第i个数据的值，λ为拉格朗日乘子，一般取值为0.4～0.6，t为矩阵转置符号，
(2)姿态传感器将平移姿态修正因子m和旋转姿态修正因子n通过综合加权计算得到4个姿态修正子因子，分别为
最后，水面母船发出水声返回信号来对自主水下航行器进行引导，自主水下航行器通过海底地震检波模块的三分量加速度检波器检测出水声返回信号的波形频段，然后计算出与水面母船之间的马氏距离，2个纵向槽道螺旋桨推进器根据马氏距离开始工作，使得自主水下航行器航行至浸没式回收装置前方的检索范围内，遥控潜水器(rov)在水面母船工作人员的操作下将自主水下航行器逐个推入浸没式回收装置，然后将含有自主水下航行器的浸没式回收装置从水中提升至水面母船的甲板上。
本发明的有益成果在于：自主水下航行器通过海底地震检波模块和多自由度推进模块的联合控制，实现自主控制航向。并且，自主水下航行器在接收到水面母船的水声返回信号后，能够自主起飞，并航行至水面母船的检索范围内，最后借助遥控潜水器(rov)通过浸没式回收装置回到水面母船。该方法具备作业范围广，环境适应能力强，运动模式多样的优点，在回收过程中既可以自主控制运行航向，又可以自动检测出水面母船位置从而通过浸没式回收装置回到水面母船，因此该项目的探索研究对于海洋技术的进一步发展具有重要意义。