水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，包括浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶子系統(tǒng)、目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，浮標(biāo)子系統(tǒng)懸浮在水下機(jī)器人上方的水面上，目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)、聲吶子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)設(shè)置在水下機(jī)器人上，浮標(biāo)子系統(tǒng)用于確定浮標(biāo)GPS位置，聲吶子系統(tǒng)用于確定浮標(biāo)距離水下機(jī)器人的浮標(biāo)相對(duì)位置，目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)用于確定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機(jī)器人的目標(biāo)相對(duì)距離，控制子系統(tǒng)根據(jù)浮標(biāo)GPS位置、浮標(biāo)相對(duì)位置和目標(biāo)相對(duì)距離確定水下機(jī)器人GPS位置和水下目標(biāo)GPS位置。通過本發(fā)明，能夠在水下GPS信號(hào)無法無線傳送的情況下，采用有效方式準(zhǔn)確確定水下機(jī)器人和水下目標(biāo)的GPS位置，同時(shí)能夠識(shí)別出水下目標(biāo)的類型。
【專利說明】水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人技術(shù)是集運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)理論、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)、控制理論、電動(dòng)伺服隨動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能理論等科學(xué)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。他的研究與開發(fā)標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，而其在各種機(jī)械領(lǐng)域的普及應(yīng)用，則顯示了這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的實(shí)力。
[0003]世界上許多國(guó)家為了推進(jìn)本國(guó)的機(jī)器人開發(fā)事業(yè)，打入競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的國(guó)際高科技市場(chǎng)，不惜投入巨大的人力、財(cái)力來推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了許多類型的機(jī)器人。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸從人工環(huán)境擴(kuò)展到了水下和宇宙。
[0004]隨著人口數(shù)量的增長(zhǎng)和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人類已把海洋作為生存和發(fā)展的新領(lǐng)域，海洋的開發(fā)與利用已經(jīng)成為決定一個(gè)國(guó)家興衰的基本因素之一，從而使水下機(jī)器人具有更加廣闊的應(yīng)用前景。水下機(jī)器人設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的復(fù)雜工程，技術(shù)密集度高，是公認(rèn)的高科技。他的研制水平體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的綜合技術(shù)力量。
[0005]水下機(jī)器人一般可以分為兩大類:一類是有纜水下機(jī)器人，習(xí)慣稱為遙控潛水器(Remote Operated Vehicle,簡(jiǎn)稱ROV);另一類是無纜水下機(jī)器人，習(xí)慣稱為自治潛水器(Autonomous Underwater Vehicle,簡(jiǎn)稱AUV)。此外，按使用的目的分,有水下調(diào)查機(jī)器人(觀測(cè)、測(cè)量、試驗(yàn)材料的收集等)和水下作業(yè)機(jī)器人(水下焊接、擰管子、水下建筑、水下切割等作業(yè))；按活動(dòng)場(chǎng)所分，有海底機(jī)器人和水中機(jī)器人。
[0006]但是，無論水下機(jī)器人工作在哪一種應(yīng)用領(lǐng)域，水下機(jī)器人的定位對(duì)操控方來說，非常重要，同時(shí)水下機(jī)器人在遇到水下目標(biāo)時(shí)，對(duì)水下目標(biāo)類型的判斷也相當(dāng)關(guān)鍵。水下機(jī)器人的定位信息能夠幫助操控方了解水下機(jī)器人的工作進(jìn)度，從而對(duì)當(dāng)前的工作進(jìn)展和未來的工作安排有一個(gè)提前判斷，水下目標(biāo)類型的判斷能夠幫助操控方了解水下狀況，從而確定是否尋找到期望目標(biāo)。但是，由于水下無線傳輸?shù)木窒扌裕珿PS信號(hào)無法傳送到水下，現(xiàn)有技術(shù)中缺少水下機(jī)器人定位的有效手段，更缺少將水下機(jī)器人定位和水下目標(biāo)類型判斷有機(jī)結(jié)合的智能化控制系統(tǒng)。
[0007]因此，需要一種新的水下機(jī)器人控制系統(tǒng)，幫助水下機(jī)器人的操控方及時(shí)了解到水下機(jī)器人的GPS位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)器人的定位，還能對(duì)遇到的物體實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)類型，為操控方提供更多有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，引入浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶子系統(tǒng)、目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)，將浮標(biāo)子系統(tǒng)與控制子系統(tǒng)通過有線電纜連接，并在浮標(biāo)子系統(tǒng)上安裝太陽(yáng)能供電設(shè)備，用于為所述目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)供電，另外，基于浮標(biāo)GPS位置、浮標(biāo)與水下機(jī)器人相對(duì)位置和目標(biāo)與水下機(jī)器人的相對(duì)距離確定水下目標(biāo)GPS位置，以及通過攝像裝置和圖像處理裝置完成對(duì)目標(biāo)類型的圖像識(shí)別，使得水下機(jī)器人控制系統(tǒng)得到進(jìn)一步的完善。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶子系統(tǒng)、目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)懸浮在水下機(jī)器人上方的水面上，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)、所述聲吶子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)設(shè)置在水下機(jī)器人上，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)用于確定浮標(biāo)GPS位置，所述聲吶子系統(tǒng)用于確定浮標(biāo)距離水下機(jī)器人的浮標(biāo)相對(duì)位置，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)用于確定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機(jī)器人的目標(biāo)相對(duì)距離，所述控制子系統(tǒng)根據(jù)所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置和所述目標(biāo)相對(duì)距離確定水下目標(biāo)GPS位置。
[0010]更具體地，在所述水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)中，所述控制子系統(tǒng)分別與所述聲吶子系統(tǒng)和所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)電性連接；所述浮標(biāo)子系統(tǒng)與所述控制子系統(tǒng)通過有線電纜連接，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)通過所述有線電纜將所述浮標(biāo)GPS位置轉(zhuǎn)發(fā)到所述控制子系統(tǒng)，并通過所述有線電纜為所述聲吶子系統(tǒng)、所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)提供太陽(yáng)能供電；所述浮標(biāo)子系統(tǒng)還包括浮標(biāo)，懸浮在水下機(jī)器人上方的水面上；光伏板，固定在浮標(biāo)上方，用于接收太陽(yáng)能輻射；太陽(yáng)能蓄電池，設(shè)置在浮標(biāo)內(nèi)并具有密封防水外殼，連接所述光伏板，用于為所述目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)供電；GPS定位設(shè)備，用于接收GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)送的浮標(biāo)GPS位置；第一有線電纜接口，用于連接所述控制子系統(tǒng)，所述第一有線電纜接口還與所述太陽(yáng)能蓄電池和所述GPS定位設(shè)備分別連接；無線通信接口，與所述第一有線電纜接口連接，用于與水上控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向無線通信；所述聲吶子系統(tǒng)還包括發(fā)射換能器，用于在水下發(fā)射聲波，發(fā)射聲波遇到所述浮標(biāo)時(shí)，將聲波反射回來；接收換能器，用于在水下接收所述浮標(biāo)反射的聲波；微控制器，與所述發(fā)射換能器和所述接收換能器分別連接，基于發(fā)射聲波特性和接收聲波特性計(jì)算所述浮標(biāo)相對(duì)位置；所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)還包括水下攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)拍攝水下機(jī)器人的前方圖像；第一存儲(chǔ)器，預(yù)存了目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中包括了各種水下目標(biāo)的圖像特征，所述第一存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)了預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值；圖像處理器，包括圖像濾波單元、目標(biāo)識(shí)別單元和目標(biāo)確定單元，所述圖像濾波單元與所述水下攝像機(jī)連接，對(duì)所述前方圖像進(jìn)行基于中值算法的圖像濾波以獲得濾波圖像，所述目標(biāo)識(shí)別單元與所述圖像濾波單元連接，用于從所述濾波圖像中劃分出目標(biāo)子圖像，所述目標(biāo)確定單元分別與所述第一存儲(chǔ)器和所述目標(biāo)識(shí)別單元連接，確定所述目標(biāo)子圖像的目標(biāo)圖像特征，并在所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找匹配所述目標(biāo)圖像特征的水下目標(biāo)類型；紅外線測(cè)距傳感器，用于確定水下目標(biāo)距離水下機(jī)器人的目標(biāo)相對(duì)距離；所述控制子系統(tǒng)還包括第二有線電纜接口，用于通過所述有線電纜連接所述浮標(biāo)子系統(tǒng)；ARM11處理器，與所述第二有線電纜接口連接以接收所述浮標(biāo)GPS位置，與所述微控制器連接以接收所述浮標(biāo)相對(duì)位置，與所述紅外線測(cè)距傳感器連接以獲得所述目標(biāo)相對(duì)距離，并基于所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置確定水下機(jī)器人GPS位置，基于所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置和所述目標(biāo)相對(duì)距離確定水下目標(biāo)GPS位置，所述ARMll處理器還與所述水下攝像機(jī)、所述第一存儲(chǔ)器和所述圖像處理器分別連接，在所述目標(biāo)相對(duì)距離小于等于所述預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值時(shí)，啟動(dòng)所述水下攝像機(jī)和所述圖像處理器；其中，所述第二有線電纜接口將所述水下目標(biāo)GPS位置、所述水下機(jī)器人GPS位置和所述水下目標(biāo)類型通過所述有線電纜發(fā)送給所述浮標(biāo)子系統(tǒng)的無線通信接口，以便于無線轉(zhuǎn)發(fā)到所述水上控制平臺(tái)。
[0011]更具體地，在所述水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)中，所述無線通信接口通過GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與所述水上控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向無線通?目。
[0012]更具體地，在所述水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)中，所述太陽(yáng)能蓄電池為鉛酸電池。
[0013]更具體地，在所述水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)中，所述聲吶子系統(tǒng)位于所述水下機(jī)器人的外殼頂部，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)都位于所述水下機(jī)器人的外殼前部。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0015]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0016]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)的聲吶子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]水下機(jī)器人在20世紀(jì)50年代初誕生時(shí)，由于所涉及的新技術(shù)還不夠成熟，電子設(shè)備的故障率高，通信的匹配以及起吊回收等問題沒有很好解決，因此發(fā)展不快，沒有受到人們的重視。到了 60年代，國(guó)際上開始兩大開發(fā)技術(shù)，即宇宙和海洋開發(fā)，促使遠(yuǎn)距離操縱型機(jī)器人得到了很快的發(fā)展。
[0019]在最近的20多年內(nèi)，由于海洋開發(fā)與軍事上的需要，尤其是水下機(jī)器人本體所需的各種材料及技術(shù)已得到了較好的解決，水下機(jī)器人才得到了很大發(fā)展，開發(fā)出了一批能工作在各種不同深度、進(jìn)行多種作業(yè)的機(jī)器人，可用于石油開采、海底礦藏調(diào)查、救撈作業(yè)、管道敷設(shè)和檢查、電纜敷設(shè)和檢查、海上養(yǎng)殖、江河水庫(kù)的大壩檢查及軍事等領(lǐng)域。隨著開發(fā)海洋的需要及技術(shù)的進(jìn)步，適應(yīng)各種需要的水下機(jī)器人將會(huì)得到更大的發(fā)展。
[0020]水下機(jī)器人在工作中存在兩種需求:(I)需要及時(shí)確定水下機(jī)器人的定位信息，最好是國(guó)際通用的GPS定位信息；(2)對(duì)水下機(jī)器人所遇到的各個(gè)水下物體，需要及時(shí)確定他們的類型，為水下機(jī)器人的操作提供參考。
[0021]本發(fā)明的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，能夠通過浮標(biāo)輔助定位的方式，借用浮標(biāo)的GPS信息定位水下機(jī)器人的GPS信息，同時(shí)，采取基于圖像處理的目標(biāo)識(shí)別模式，將識(shí)別到的物體特征與預(yù)存各種物體特征進(jìn)行逐一匹配，以獲得水下目標(biāo)的類型。
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，所述系統(tǒng)包括浮標(biāo)子系統(tǒng)1、聲吶子系統(tǒng)2、目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4和控制子系統(tǒng)3，所述控制子系統(tǒng)3與所述浮標(biāo)子系統(tǒng)1、所述聲吶子系統(tǒng)2和所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4分別連接，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)I懸浮在水下機(jī)器人上方的水面上，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4、所述聲吶子系統(tǒng)2和所述控制子系統(tǒng)3設(shè)置在水下機(jī)器人上，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)3用于確定浮標(biāo)GPS位置，所述聲吶子系統(tǒng)2用于確定浮標(biāo)距離水下機(jī)器人的浮標(biāo)相對(duì)位置，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4用于確定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機(jī)器人的目標(biāo)相對(duì)距離，所述控制子系統(tǒng)3根據(jù)所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置和所述目標(biāo)相對(duì)距離確定水下目標(biāo)GPS位置。
[0023]接著，對(duì)本發(fā)明的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更具體的說明。
[0024]在所述水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)中，所述控制子系統(tǒng)3分別與所述聲吶子系統(tǒng)2和所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4電性連接；所述浮標(biāo)子系統(tǒng)I與所述控制子系統(tǒng)3通過有線電纜連接，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)I通過所述有線電纜將所述浮標(biāo)GPS位置轉(zhuǎn)發(fā)到所述控制子系統(tǒng)3，并通過所述有線電纜為所述聲吶子系統(tǒng)2、所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4和所述控制子系統(tǒng)3提供太陽(yáng)能供電。
[0025]所述浮標(biāo)子系統(tǒng)I還包括浮標(biāo)，懸浮在水下機(jī)器人上方的水面上；光伏板，固定在浮標(biāo)上方，用于接收太陽(yáng)能輻射；太陽(yáng)能蓄電池，設(shè)置在浮標(biāo)內(nèi)并具有密封防水外殼，連接所述光伏板，用于為所述目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)供電；GPS定位設(shè)備，用于接收GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)送的浮標(biāo)GPS位置；第一有線電纜接口，用于連接所述控制子系統(tǒng)3，所述第一有線電纜接口還與所述太陽(yáng)能蓄電池和所述GPS定位設(shè)備分別連接；無線通信接口，與所述第一有線電纜接口連接，用于與水上控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向無線通信。
[0026]如圖2所示,所述聲吶子系統(tǒng)2還包括發(fā)射換能器21，用于在水下發(fā)射聲波，發(fā)射聲波遇到所述浮標(biāo)時(shí)，將聲波反射回來；接收換能器22，用于在水下接收所述浮標(biāo)反射的聲波；微控制器23，與所述發(fā)射換能器21和所述接收換能器23分別連接，基于發(fā)射聲波特性和接收聲波特性計(jì)算所述浮標(biāo)相對(duì)位置。
[0027]所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4還包括水下攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)拍攝水下機(jī)器人的前方圖像；第一存儲(chǔ)器，預(yù)存了目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中包括了各種水下目標(biāo)的圖像特征，所述第一存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)了預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值；圖像處理器，包括圖像濾波單元、目標(biāo)識(shí)別單元和目標(biāo)確定單元，所述圖像濾波單元與所述水下攝像機(jī)連接，對(duì)所述前方圖像進(jìn)行基于中值算法的圖像濾波以獲得濾波圖像，所述目標(biāo)識(shí)別單元與所述圖像濾波單元連接，用于從所述濾波圖像中劃分出目標(biāo)子圖像，所述目標(biāo)確定單元分別與所述第一存儲(chǔ)器和所述目標(biāo)識(shí)別單元連接，確定所述目標(biāo)子圖像的目標(biāo)圖像特征，并在所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找匹配所述目標(biāo)圖像特征的水下目標(biāo)類型；紅外線測(cè)距傳感器，用于確定水下目標(biāo)距離水下機(jī)器人的目標(biāo)相對(duì)距離。
[0028]所述控制子系統(tǒng)3還包括第二有線電纜接口，用于通過所述有線電纜連接所述浮標(biāo)子系統(tǒng)I ;ARM11處理器，與所述第二有線電纜接口連接以接收所述浮標(biāo)GPS位置，與所述微控制器連接以接收所述浮標(biāo)相對(duì)位置，與所述紅外線測(cè)距傳感器連接以獲得所述目標(biāo)相對(duì)距離，并基于所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置和所述目標(biāo)相對(duì)距離確定水下目標(biāo)GPS位置。
[0029]所述ARMll處理器還與所述水下攝像機(jī)、所述第一存儲(chǔ)器和所述圖像處理器分別連接，在所述目標(biāo)相對(duì)距離小于等于所述預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值時(shí)，啟動(dòng)所述水下攝像機(jī)和所述圖像處理器。
[0030]其中，所述第二有線電纜接口將所述水下目標(biāo)GPS位置和通過所述ARMll處理器接收到的所述水下目標(biāo)類型通過所述有線電纜轉(zhuǎn)發(fā)給所述浮標(biāo)子系統(tǒng)I的無線通信接口，所述無線通信接口將所述水下目標(biāo)GPS位置和所述水下目標(biāo)類型無線發(fā)送到所述水上控制平臺(tái)。
[0031]其中，在所述水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)中，所述無線通信接口可選擇通過GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與所述水上控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向無線通信，所述太陽(yáng)能蓄電池可選用鉛酸電池，所述聲吶子系統(tǒng)2位于所述水下機(jī)器人的外殼頂部，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)4和所述控制子系統(tǒng)3都位于所述水下機(jī)器人的外殼前部。
[0032]另外，聲吶是英文縮寫“SONAR”的音譯，其中文全稱為:聲音導(dǎo)航與測(cè)距，SoundNavigat1n And Ranging,是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測(cè)和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。他有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類型，屬于聲學(xué)定位的范疇。本發(fā)明所使用的聲吶子系統(tǒng)2為主動(dòng)式聲吶系統(tǒng)。聲吶是利用水中聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和通信的電子設(shè)備，是水聲學(xué)中應(yīng)用最廣泛、最重要的一種裝置。
[0033]另外，聲吶裝置一般由基陣、電子機(jī)柜和輔助設(shè)備三部分組成。基陣由水聲換能器以一定幾何圖形排列組合而成，其外形通常為球形、柱形、平板形，有接收基陣、發(fā)射機(jī)陣或收發(fā)合一基陣之分。電子機(jī)柜一般有發(fā)射、接收、顯示和控制等分系統(tǒng)。輔助設(shè)備包括電源設(shè)備、連接電纜、水下接線箱和增音機(jī)、與聲吶基陣的傳動(dòng)控制相配套的升降、回轉(zhuǎn)、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等裝置，以及聲吶導(dǎo)流罩等。
[0034]換能器是聲吶中的重要器件，他是聲能與其它形式的能如機(jī)械能、電能、磁能等相互轉(zhuǎn)換的裝置。他有兩個(gè)用途:一是在水下發(fā)射聲波，稱為“發(fā)射換能器”，相當(dāng)于空氣中的揚(yáng)聲器；二是在水下接收聲波，稱為“接收換能器”，相當(dāng)于空氣中的傳聲器。換能器在實(shí)際使用時(shí)往往同時(shí)用于發(fā)射和接收聲波，專門用于接收的換能器又稱為“水聽器”。換能器的工作原理是利用某些材料在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的作用下發(fā)生伸縮的壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)。
[0035]另外，浮標(biāo)，指浮于水面的一種航標(biāo)，是錨定在指定位置，用以標(biāo)示航道范圍、指示淺灘、礙航物或表示專門用途的水面助航標(biāo)志。浮標(biāo)在航標(biāo)中數(shù)量最多，應(yīng)用廣泛，設(shè)置在難以或不宜設(shè)立固定航標(biāo)之處。浮標(biāo)，其功能是標(biāo)示航道淺灘或危及航行安全的障礙物。裝有燈具的浮標(biāo)稱為燈浮標(biāo)，在日夜通航水域用于助航。有的浮標(biāo)還裝雷達(dá)應(yīng)答器、無線電指向標(biāo)、霧警信號(hào)和海洋調(diào)查儀器等設(shè)備。
[0036]采用本發(fā)明的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)有水下機(jī)器人控制系統(tǒng)無法進(jìn)行GPS定位和目標(biāo)類型匹配的技術(shù)問題，利用浮標(biāo)GPS位置和浮標(biāo)相對(duì)于水下機(jī)器人的相對(duì)距離確定水下機(jī)器人的GPS位置，利用浮標(biāo)GPS位置、浮標(biāo)和目標(biāo)相對(duì)于水下機(jī)器人的相對(duì)距離確定水下目標(biāo)的GPS位置，同時(shí)引入圖像處理技術(shù)對(duì)水下目標(biāo)特征進(jìn)行識(shí)別，并進(jìn)一步利用目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)匹配出水下目標(biāo)的類型，從而方便水上控制平臺(tái)控制水下機(jī)器人的水下工作。
[0037]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)包括浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶子系統(tǒng)、目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)懸浮在水下機(jī)器人上方的水面上，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)、所述聲吶子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)設(shè)置在水下機(jī)器人上，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)用于確定浮標(biāo)GPS位置，所述聲吶子系統(tǒng)用于確定浮標(biāo)距離水下機(jī)器人的浮標(biāo)相對(duì)位置，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)用于確定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機(jī)器人的目標(biāo)相對(duì)距離，所述控制子系統(tǒng)根據(jù)所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置和所述目標(biāo)相對(duì)距離確定水下機(jī)器人GPS位置和水下目標(biāo)GPS位置。
2.如權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于: 所述控制子系統(tǒng)分別與所述聲吶子系統(tǒng)和所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)電性連接； 所述浮標(biāo)子系統(tǒng)與所述控制子系統(tǒng)通過有線電纜連接，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)通過所述有線電纜將所述浮標(biāo)GPS位置轉(zhuǎn)發(fā)到所述控制子系統(tǒng)，并通過所述有線電纜為所述聲吶子系統(tǒng)、所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)提供太陽(yáng)能供電； 所述浮標(biāo)子系統(tǒng)還包括: 浮標(biāo)，懸浮在水下機(jī)器人上方的水面上； 光伏板，固定在浮標(biāo)上方，用于接收太陽(yáng)能輻射； 太陽(yáng)能蓄電池，設(shè)置在浮標(biāo)內(nèi)并具有密封防水外殼，連接所述光 伏板，用于為所述目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)供電； GPS定位設(shè)備，用于接收GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)送的浮標(biāo)GPS位置； 第一有線電纜接口，用于連接所述控制子系統(tǒng)，所述第一有線電纜接口還與所述太陽(yáng)能蓄電池和所述GPS定位設(shè)備分別連接； 無線通信接口，與所述第一有線電纜接口連接，用于與水上控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向無線通?目; 所述聲吶子系統(tǒng)還包括: 發(fā)射換能器，用于在水下發(fā)射聲波，發(fā)射聲波遇到所述浮標(biāo)時(shí)，將聲波反射回來； 接收換能器，用于在水下接收所述浮標(biāo)反射的聲波； 微控制器，與所述發(fā)射換能器和所述接收換能器分別連接，基于發(fā)射聲波特性和接收聲波特性計(jì)算所述浮標(biāo)相對(duì)位置； 所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)還包括: 水下攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)拍攝水下機(jī)器人的前方圖像； 第一存儲(chǔ)器，預(yù)存了目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中包括了各種水下目標(biāo)的圖像特征，所述第一存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)了預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值； 圖像處理器，包括圖像濾波單元、目標(biāo)識(shí)別單元和目標(biāo)確定單元，所述圖像濾波單元與所述水下攝像機(jī)連接，對(duì)所述前方圖像進(jìn)行基于中值算法的圖像濾波以獲得濾波圖像，所述目標(biāo)識(shí)別單元與所述圖像濾波單元連接，用于從所述濾波圖像中劃分出目標(biāo)子圖像，所述目標(biāo)確定單元分別與所述第一存儲(chǔ)器和所述目標(biāo)識(shí)別單元連接，確定所述目標(biāo)子圖像的目標(biāo)圖像特征，并在所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找匹配所述目標(biāo)圖像特征的水下目標(biāo)類型；紅外線測(cè)距傳感器，用于確定水下目標(biāo)距離水下機(jī)器人的目標(biāo)相對(duì)距離； 所述控制子系統(tǒng)還包括: 第二有線電纜接口，用于通過所述有線電纜連接所述浮標(biāo)子系統(tǒng)； ARMll處理器，與所述第二有線電纜接口連接以接收所述浮標(biāo)GPS位置，與所述微控制器連接以接收所述浮標(biāo)相對(duì)位置，與所述紅外線測(cè)距傳感器連接以獲得所述目標(biāo)相對(duì)距離，并基于所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置確定水下機(jī)器人GPS位置，基于所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對(duì)位置和所述目標(biāo)相對(duì)距離確定水下目標(biāo)GPS位置，所述ARMll處理器還與所述水下攝像機(jī)、所述第一存儲(chǔ)器和所述圖像處理器分別連接，在所述目標(biāo)相對(duì)距離小于等于所述預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值時(shí)，啟動(dòng)所述水下攝像機(jī)和所述圖像處理器； 其中，所述第二有線電纜接口將所述水下目標(biāo)GPS位置、所述水下機(jī)器人GPS位置和所述水下目標(biāo)類型通過所述有線電纜發(fā)送給所述浮標(biāo)子系統(tǒng)的無線通信接口，以便于無線轉(zhuǎn)發(fā)到所述水上控制平臺(tái)。
3.如權(quán)利要求2所述的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于: 所述無線通信接口通過GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與所述水上控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙向無線通信。
4.如權(quán)利要求2所述的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于: 所述太陽(yáng)能蓄電池為鉛酸電池。
5.如權(quán)利要求2所述的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于: 所述聲吶子系統(tǒng)位于所述水下機(jī)器人的外殼頂部，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)都位于所述水下機(jī)器人的外殼前部。
【文檔編號(hào)】G01S15/06GK104267643SQ201410506360
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】孫春蘭 申請(qǐng)人:江蘇華宏實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司