【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

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；另一類是無纜水下機(jī)器人。此外，按使用的目的分，有水下調(diào)查機(jī)器人(例如：觀測、測量、試驗(yàn)材料的收集等)和水下作業(yè)機(jī)器人(例如：水下焊接、擰管子、水下建筑、水下切割等作業(yè))；按活動(dòng)場所分，有海底機(jī)器人和水中機(jī)器人。

但是，無論哪一種應(yīng)用領(lǐng)域，水下機(jī)器人的定位都是非常重要的。同時(shí)水下機(jī)器人在遇到水下目標(biāo)時(shí)，對水下目標(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?，gps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)。

發(fā)明人檢索并研究了現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)，其中，以專利號(hào)為201410506360.9，專利名稱為《水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)》的發(fā)明專利來說，雖然提出了一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，但是，其實(shí)現(xiàn)方式是基于水下機(jī)器人的主動(dòng)聲吶過程來完成的，這種方式不僅增加了水下機(jī)器人自身的工作負(fù)荷，為了保證能夠接收到其浮標(biāo)的聲吶反射信號(hào)，水下機(jī)器人需要消耗大量的能量在定位上，這對于長時(shí)間水下工作的機(jī)器人來說是較大的問題，現(xiàn)有技術(shù)中也并沒有提出一種有效的解決方案，在水下機(jī)器人不具備大功率聲吶設(shè)備情況下，如何完成水下目標(biāo)的定位識(shí)別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問題是如何在水下機(jī)器人不具備大功率聲吶設(shè)備情況下，完成水下目標(biāo)的定位識(shí)別。

本發(fā)明實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，在系統(tǒng)中包括具有主動(dòng)聲吶功能的母船、至少一個(gè)具有被動(dòng)聲吶功能的微型無人船和水下機(jī)器人，

所述水下機(jī)器人上設(shè)置有目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)用于獲取目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息；所述控制子系統(tǒng)與所述母船建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發(fā)送所述第一位置信息；

所述母船和微型無人船之間相差預(yù)設(shè)距離，母船用于獲取所述微型無人船的第二位置信息；

所述母船和微型無人船之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船中記錄有母船聲吶信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)通過所述第二通訊鏈路反饋給母船；

所述母船用于采集來自水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)，所述母船還用于根據(jù)自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船分別采集到的水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數(shù)量為一個(gè)，所述水下機(jī)器人上設(shè)置有水深傳感器；其中，所述水深傳感器用于反饋水下機(jī)器人到海面的垂直距離；水下機(jī)器人將所述垂直距離反饋給母船；

母船用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、水下機(jī)器人的垂直距離、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船采集到的水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數(shù)量為兩個(gè)或者兩個(gè)以上，以所述兩個(gè)或者兩個(gè)以上的微型無人船和母船的聲吶設(shè)備作為參考點(diǎn)，其中，各參考點(diǎn)在水面上構(gòu)成等邊圖形。

可選的，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)包括第二聲吶收發(fā)器和雙攝像頭，所述第二聲吶收發(fā)器用于獲取水下機(jī)器人到目標(biāo)對象的目標(biāo)距離，所述雙攝像頭用于采集目標(biāo)對象場景；所述水下機(jī)器人還根據(jù)所述目標(biāo)距離和目標(biāo)對象場景，并通過透視算法計(jì)算出目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別方法，包括具有主動(dòng)聲吶功能的母船、至少一個(gè)具有被動(dòng)聲吶功能的微型無人船和水下機(jī)器人，方法包括：

控制母船和/或微型無人船，使得母船和微型無人船之間相差預(yù)設(shè)距離，母船獲取所述微型無人船的第二位置信息；

所述水下機(jī)器人獲取目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，并將所述第一位置信息發(fā)送給所述母船；

所述微型無人船中記錄有母船聲吶信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)所述相關(guān)參數(shù)將采集到的來自水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)反饋給母船；其中，所述聲吶反射信號(hào)由母船發(fā)射出的聲吶信號(hào)遇到所述水下機(jī)器人后反射產(chǎn)生；

所述母船用于采集來自水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)，所述母船還用于根據(jù)自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船分別采集到的水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)和所述第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數(shù)量為一個(gè)，所述水下機(jī)器人上設(shè)置有水深傳感器；其中，所述水深傳感器用于反饋水下機(jī)器人到海面的垂直距離；水下機(jī)器人將所述垂直距離反饋給母船；

母船用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、水下機(jī)器人的垂直距離、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船采集到的水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數(shù)量為兩個(gè)或者兩個(gè)以上，以所述兩個(gè)或者兩個(gè)以上的微型無人船和母船的聲吶設(shè)備作為參考點(diǎn)，其中，各參考點(diǎn)在水面上構(gòu)成等邊圖形。

可選的，所述水下機(jī)器人包括第二聲吶收發(fā)器和雙攝像頭，所述第二聲吶收發(fā)器用于獲取水下機(jī)器人到目標(biāo)對象的目標(biāo)距離，所述雙攝像頭用于采集目標(biāo)對象場景；所述水下機(jī)器人根據(jù)所述目標(biāo)距離和目標(biāo)對象場景，并通過透視算法計(jì)算出目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息。

可選的，所述母船和微型無人船采集到的水下機(jī)器人的聲吶反射信號(hào)包括回波接收時(shí)間、回波波前法線和/或回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的頻移；其中，母船和/或微型無人船通過回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)問的時(shí)延確定目標(biāo)的距離，由回波波前法線方向可確定目標(biāo)的方向，由回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的頻移確定目標(biāo)的徑向速度。

可選的，所述微型無人船的第二位置信息是由所述母船發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)檢測得到；或者在所述微型無人船上安裝有g(shù)ps定位模塊時(shí)，由所述微型無人船上報(bào)其gps定位模塊檢測得到的第二位置信息。

本發(fā)明實(shí)施例充分利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，簡化了水下機(jī)器人和微型無人船的設(shè)計(jì)需求，并利用由母船、微型無人船和水下機(jī)器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機(jī)器人和目標(biāo)對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計(jì)算得到目標(biāo)對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機(jī)器人作為等價(jià)與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動(dòng)聲吶源，本發(fā)明實(shí)施例能夠在保障水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別準(zhǔn)確度的前提下，提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力，并且減少水下機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機(jī)器人的制造成本。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的水下機(jī)器人功能結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種計(jì)算預(yù)設(shè)距離的原理示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制。

此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例1:

本發(fā)明實(shí)施例1提供了一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)，如圖1所示，在系統(tǒng)中包括具有主動(dòng)聲吶功能的母船1、至少一個(gè)具有被動(dòng)聲吶功能的微型無人船2和水下機(jī)器人3，其中，微型無人船的數(shù)量具體可以是兩個(gè)或者多個(gè)，微型無人船數(shù)量的增加可以一定程度上提高最終目標(biāo)對象定位信息計(jì)算的準(zhǔn)確度。

所述水下機(jī)器人3上設(shè)置有目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)311和控制子系統(tǒng)312(如圖2所示)，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)311用于獲取目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息；所述控制子系統(tǒng)312與所述母船1建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發(fā)送所述第一位置信息。其中，第一通訊鏈路可以是hf(highfrequency，工作頻段在3-30mhz)無線電鏈路、vhf(veryhighfrequency，工作頻段在30-300mhz)無線電鏈路、uhf(ultrahighfrequency，工作頻段在300mhz-3ghz)無線電鏈路，或者衛(wèi)星通信鏈路。

所述母船1和微型無人船2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述微型無人船2的第二位置信息。其中，預(yù)設(shè)距離通常根據(jù)檢測環(huán)境(即水面區(qū)域大小、檢測對象的水深深度等)、聲吶設(shè)備的檢測精確度。在認(rèn)為海平面為平面的模型中，本發(fā)明實(shí)施例中母船1與微型無人船2相差的距離越大，最后計(jì)算得到的誤差越小。但是，實(shí)際情況中海平面是曲面，因此，所述預(yù)設(shè)距離要小于1*地球周長/360＝111公里。但是，實(shí)際測量范圍通常沒有這么遠(yuǎn)，因此，預(yù)設(shè)距離優(yōu)選的根據(jù)水下機(jī)器人所要工作的水深深度、水下機(jī)器人工作的區(qū)域范圍，以及母船1和微型無人船2上聲吶設(shè)備的最佳工作距離計(jì)算得到。例如聲吶的最佳工作距離為5公里，而水下機(jī)器人本輪的工作區(qū)域?yàn)榘霃綖?公里的圓行區(qū)域，并且距離海平面1公里，則為了保證聲吶設(shè)備處于最佳工作距離范圍內(nèi)，所述預(yù)設(shè)距離約為2公里。其計(jì)算原理圖如圖3所示，根據(jù)圖3中a+b小于5求解得到x值約為2.5公里。其中，a為母船位置、b為微型無人船位置、c為水下機(jī)器人工作區(qū)域中相對于微型無人船b的最遠(yuǎn)位置。實(shí)際預(yù)設(shè)距離的參數(shù)值應(yīng)該進(jìn)一步考慮反射過程中吸收量，因此，在該實(shí)例中的預(yù)設(shè)距離約為2公里。

所述母船1和微型無人船2之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1。其中，第二通訊鏈路可以是無線通訊鏈路、衛(wèi)星通信鏈路等。

所述母船1還用于根據(jù)自身的第三位置信息、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

本發(fā)明實(shí)施例充分利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，簡化了水下機(jī)器人和微型無人船的設(shè)計(jì)需求，并利用由母船、微型無人船和水下機(jī)器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機(jī)器人和目標(biāo)對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計(jì)算得到目標(biāo)對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機(jī)器人作為等價(jià)與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動(dòng)聲吶源，本發(fā)明實(shí)施例能夠提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力，并且減少水下機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機(jī)器人的制造成本。

在本發(fā)明實(shí)施例目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)311具體實(shí)現(xiàn)方式中，可以采用如圖2所示結(jié)構(gòu)，包括第二聲吶收發(fā)器32和雙攝像頭31，所述第二聲吶收發(fā)器32用于獲取水下機(jī)器人3到目標(biāo)對象4的目標(biāo)距離，所述雙攝像頭31用于采集目標(biāo)對象4場景；所述水下機(jī)器人3還根據(jù)所述目標(biāo)距離和目標(biāo)對象4場景，并通過透視算法計(jì)算出目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述微型無人船2具體可以是水下的仿生機(jī)器魚、水上的無人艇或者是常規(guī)的浮標(biāo)。其中，在所述微型無人船為水下的仿生機(jī)器魚時(shí)，其水平位置和垂直深度可調(diào)以配合信號(hào)檢索，例如在所述微型無人船檢測到水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)較弱時(shí)，可以通過進(jìn)行下潛來提高信號(hào)采集輕度；機(jī)器魚具備信號(hào)擴(kuò)大器，在信號(hào)弱時(shí)啟動(dòng)，以保證通信穩(wěn)定性進(jìn)而保證定位精度，信號(hào)強(qiáng)時(shí)所述信號(hào)擴(kuò)大器可以關(guān)閉以節(jié)約電源。本實(shí)施例中所闡述的微型無人船的具體實(shí)施方式同樣可適用于本發(fā)明其它實(shí)施例中，后續(xù)不一一贅述。

實(shí)施例2:

本發(fā)明實(shí)施例是實(shí)施例1所述方案在具體實(shí)現(xiàn)場合下的一種系統(tǒng)組合形式，在本實(shí)施例中所述微型無人船2具體數(shù)量為一個(gè)，所述水下機(jī)器人3上設(shè)置有水深傳感器。通常情況下，水深傳感器是作為大部分水下機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)配置存在，當(dāng)然，不排除某些淺水作業(yè)的水下機(jī)器人或者某些就是針對特定海域海底作業(yè)的水下機(jī)器人會(huì)出于成本考慮，通過定制方式移除掉所述水深傳感器。因此，本實(shí)施例便是在利用水下機(jī)器人水深傳感器自身功能的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)中所需的微型無人船個(gè)數(shù)降低到最低限度(即一個(gè)微型無人船)。如圖4所示在本實(shí)施中，所述系統(tǒng)包括具有主動(dòng)聲吶功能的母船1、一個(gè)具有被動(dòng)聲吶功能的微型無人船2和水下機(jī)器人3，其中，所述水深傳感器用于反饋水下機(jī)器人3到海面的垂直距離；水下機(jī)器人3將所述垂直距離反饋給母船1；

所述水下機(jī)器人3上設(shè)置有目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)311和控制子系統(tǒng)312(如圖2所示)，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)311用于獲取目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息；所述控制子系統(tǒng)312與所述母船1建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發(fā)送所述第一位置信息。

所述母船1和微型無人船2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述微型無人船2的第二位置信息；

所述母船1和微型無人船2之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1；

所述母船1用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、水下機(jī)器人3的垂直距離、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

本發(fā)明實(shí)施例不僅利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，而且利用了水下機(jī)器人中配備的水深傳感器，簡化了水下機(jī)器人和微型無人船的設(shè)計(jì)需求，以及微型無人船數(shù)量的配置需求(僅需要一個(gè)即可)。并利用由母船、微型無人船和水下機(jī)器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機(jī)器人和目標(biāo)對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計(jì)算得到目標(biāo)對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機(jī)器人作為等價(jià)與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動(dòng)聲吶源，本發(fā)明實(shí)施例能夠在保障水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別準(zhǔn)確度的前提下，提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力，并且減少水下機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機(jī)器人的制造成本。

本實(shí)施例中，相關(guān)通訊鏈路和預(yù)設(shè)距離的設(shè)置可以參考實(shí)施例1中所闡述內(nèi)容，在此不一一贅述。在本實(shí)施例中，將結(jié)合圖4所示布局圖，闡述如何根據(jù)自身的第三位置信息、水下機(jī)器人3的垂直距離、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

如圖4所示，假設(shè)水下機(jī)器人所在位置(圖4中以字母c標(biāo)注)投影到海平面的位置為o，則所示水下機(jī)器人3的垂直距離為oc，母船1采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)可以計(jì)算得到母船1與水下機(jī)器人3之間距離ac，而微型無人船2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)可以計(jì)算得到微型無人船2與水下機(jī)器人3之間的距離bc，其中，位置a和位置b是初始狀態(tài)下已經(jīng)獲取位置信息，為已知量。此時(shí)，可以通過ac和oc計(jì)算得到ao，通過bc和oc計(jì)算得到bo，在三角形三邊ab、ao和bo都已知情況下，便可以計(jì)算得到∠bao。于是便可得到根據(jù)a點(diǎn)定位信息得到o點(diǎn)定位信息，并根據(jù)垂直距離oc，得到第一定位子系統(tǒng)中水下機(jī)器人的第四位置信息。其中，第二定位子系統(tǒng)中目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息可以通過雙目識(shí)別原理，配合第二聲吶收發(fā)器32檢測到的目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的相對距離，利用透視算法計(jì)算得到。綜合上述水下機(jī)器人的第四位置信息和目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，便可以計(jì)算得到目標(biāo)對象的定位信息。

實(shí)施例3:

本發(fā)明實(shí)施例是實(shí)施例1所述方案在具體實(shí)現(xiàn)場合下的一種系統(tǒng)組合形式，在本實(shí)施例中所述微型無人船2具體數(shù)量為兩個(gè)或者兩個(gè)以上(在本實(shí)施例中以兩個(gè)為例進(jìn)行闡述)。本實(shí)施例突出的適用于水下機(jī)器人中沒有配置水深傳感器的情況，或者微型無人船2數(shù)量比較充足希望能夠更準(zhǔn)確的計(jì)算得到目標(biāo)對象定位信息的場合。在本實(shí)施例中所述微型無人船2具體數(shù)量為兩個(gè)或者兩個(gè)以上，以所述兩個(gè)或者兩個(gè)以上的微型無人船2和母船1的聲吶設(shè)備作為參考點(diǎn)，其中，各參考點(diǎn)在水面上構(gòu)成等邊圖形。如圖5所示在本實(shí)施中，所述系統(tǒng)包括具有主動(dòng)聲吶功能的母船1、兩個(gè)具有被動(dòng)聲吶功能的微型無人船2和水下機(jī)器人3，

所述水下機(jī)器人3上設(shè)置有目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)311和控制子系統(tǒng)312(如圖2所示)，所述目標(biāo)識(shí)別子系統(tǒng)311用于獲取目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息；所述控制子系統(tǒng)312與所述母船1建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發(fā)送所述第一位置信息。

所述母船1和微型無人船2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述微型無人船2的第二位置信息。

所述母船1和微型無人船2之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1。

所述母船1用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息(包括微型無人船2和微型無人船21)、母船1和各微型無人船采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

本發(fā)明實(shí)施例充分利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，簡化了水下機(jī)器人和微型無人船的設(shè)計(jì)需求，并利用由母船、微型無人船和水下機(jī)器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機(jī)器人和目標(biāo)對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計(jì)算得到目標(biāo)對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機(jī)器人作為等價(jià)與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動(dòng)聲吶源，本發(fā)明實(shí)施例能夠在保障水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別準(zhǔn)確度的前提下，提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力，并且減少水下機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機(jī)器人的制造成本。另一方面，還能通過多微型無人船構(gòu)成的檢測系統(tǒng)，進(jìn)一步提高最終計(jì)算得到的目標(biāo)對象的定位信息。

本實(shí)施例中，相關(guān)通訊鏈路和預(yù)設(shè)距離的設(shè)置可以參考實(shí)施例1中所闡述內(nèi)容，在此不一一贅述。在本實(shí)施例中，將結(jié)合圖5所示結(jié)構(gòu)示意圖，闡述如何根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息(包括微型無人船2和微型無人船21)、母船1和各微型無人船采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)，以及目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。

如圖5所示，根據(jù)母船的第三位置信息和微型無人船的第二位置信息(包括圖中微型無人船2和微型無人船21)計(jì)算得到三角形abd各邊的長度，根據(jù)母船1和各微型無人船采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)分別計(jì)算得到ab、bc和dc的長度，此時(shí)，便可以構(gòu)建錐形c-abd模型，并根據(jù)錐形模型計(jì)算得到水下機(jī)器人3相對于母船1所在位置a的位置偏移量，從而得到所述第四位置信息。其中，第二定位子系統(tǒng)中目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息可以通過雙目識(shí)別原理，配合第二聲吶收發(fā)器32檢測到的目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的相對距離，利用透視算法計(jì)算得到。綜合上述水下機(jī)器人的第四位置信息和目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，便可以計(jì)算得到目標(biāo)對象的定位信息。

在本發(fā)明實(shí)施例中，為了增加整個(gè)系統(tǒng)操作的靈活性，對于兩個(gè)微型無人船來說，其具體表現(xiàn)形式可以是微型無人船2為一機(jī)器魚，而微型無人船21為浮標(biāo)；或者微型無人船2為一無人艇，而微型無人船21為一浮標(biāo)；還可以微型無人船2和微型無人船21均為浮標(biāo)等等。上述可能的組合方式，均屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例4:

在公開了上述實(shí)施例1-實(shí)施例3所述的水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)后，本發(fā)明實(shí)施例用于闡述該系統(tǒng)如何運(yùn)作，因此，本實(shí)施例提出了一種水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別方法，如圖1-圖4所示，包括具有主動(dòng)聲吶功能的母船1、至少一個(gè)具有被動(dòng)聲吶功能的微型無人船2和水下機(jī)器人3，如圖6所示，方法包括：

在步驟201中，控制母船1和/或微型無人船2，使得母船1和微型無人船2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1獲取所述微型無人船2的第二位置信息。

在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，所述微型無人船2可以是長期固定在海域上的，此時(shí)則控制母船1以實(shí)現(xiàn)與所述微型無人船2相距預(yù)設(shè)距離；若所述微型無人船2是由母船攜帶，并在組建本發(fā)明實(shí)施例中水下機(jī)器人目標(biāo)定位識(shí)別系統(tǒng)時(shí)才投放到海域中指定位置，則可以通過具體投放時(shí)機(jī)控制微型無人船2，以便其投放位置與母船1所要停留的位置相距預(yù)設(shè)距離。其中，預(yù)設(shè)距離的計(jì)算可以參考實(shí)施例1中所述，在此不再贅述。

在步驟202中，所述水下機(jī)器人3獲取目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，并將所述第一位置信息發(fā)送給所述母船1。

其中，目標(biāo)對象4可以是礁石、沉船、海底遺跡等靜態(tài)對象，也可以是魚類、甲殼類海洋中動(dòng)態(tài)對象。其中，因?yàn)樗聶C(jī)器人計(jì)算得到目標(biāo)對象4的第一位置信息相對于實(shí)施例1-3中所述的第四位置信息(即水下機(jī)器人的定位信息)的效率更高，所述效率更高是指在相同計(jì)算能力下，計(jì)算第一位置信息所需要時(shí)間遠(yuǎn)小于計(jì)算第四位置信息的時(shí)間，因?yàn)椋?jì)算第四位置信息需要一定時(shí)間用于聲吶的傳遞。因此，母船在接收到水下機(jī)器人3反饋的第一位置信息時(shí)，同時(shí)記錄相關(guān)的第一位置信息的生成時(shí)間，第一位置信息的接收時(shí)間等，以便于在后續(xù)計(jì)算得到第四位置信息時(shí)，能夠匹配兩者的時(shí)間點(diǎn)，達(dá)到更為準(zhǔn)確的目標(biāo)對象定位信息。

在步驟203中，所述微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)所述相關(guān)參數(shù)將采集到的來自水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)反饋給母船1；其中，所述聲吶反射信號(hào)由母船1發(fā)射出的聲吶信號(hào)遇到所述水下機(jī)器人3后反射產(chǎn)生。

在步驟204中，所述母船1還用于根據(jù)自身的第三位置信息、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)和所述第一位置信息，計(jì)算得到目標(biāo)的定位信息。相關(guān)計(jì)算方法參考實(shí)施例2和實(shí)施例3所述內(nèi)容，在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例充分利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，簡化了水下機(jī)器人和微型無人船的設(shè)計(jì)需求，并利用由母船、微型無人船和水下機(jī)器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機(jī)器人和目標(biāo)對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計(jì)算得到目標(biāo)對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機(jī)器人作為等價(jià)與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動(dòng)聲吶源，本發(fā)明實(shí)施例所述方法能夠提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力，并且減少水下機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機(jī)器人的制造成本。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，存在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式，所述微型無人船2具體數(shù)量為兩個(gè)或者兩個(gè)以上，以所述兩個(gè)或者兩個(gè)以上的微型無人船2和母船1的聲吶設(shè)備作為參考點(diǎn)，其中，各參考點(diǎn)在水面上構(gòu)成等邊圖形。經(jīng)過計(jì)算驗(yàn)證，由等邊圖像作為錐體底面，由水下機(jī)器人作為錐頂構(gòu)成的錐體模型，其計(jì)算水下機(jī)器人相對于母船1的相對位置的效率遠(yuǎn)高于不規(guī)則圖形構(gòu)成的錐體底面。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可行的水下機(jī)器人實(shí)現(xiàn)方式，如圖2所示，所述水下機(jī)器人3包括第二聲吶收發(fā)器32和雙攝像頭31，所述第二聲吶收發(fā)器32用于獲取水下機(jī)器人3到目標(biāo)對象4的目標(biāo)距離，所述雙攝像頭31用于采集目標(biāo)對象4場景；所述水下機(jī)器人3根據(jù)所述目標(biāo)距離和目標(biāo)對象4場景，并通過透視算法計(jì)算出目標(biāo)對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息。通常情況下水下機(jī)器人3還會(huì)配備處理器33、無線收發(fā)器34和動(dòng)力推進(jìn)裝置35，其中無線收發(fā)器34用于與所述母船1建立通訊鏈路；而所述動(dòng)力推進(jìn)裝置35則是用于完成水下機(jī)器人相應(yīng)的移動(dòng)操作；所述處理器33連接著雙攝像頭31、第二聲吶收發(fā)器32、無線收發(fā)器34和動(dòng)力推進(jìn)裝置35，用于處理雙攝像頭31采集的圖像信息和第二聲吶收發(fā)器32采集的聲吶信息，并分析出第一位置信息；還用于控制所述無線收發(fā)器34發(fā)送所述第一位置信息給母船1，以及控制所述動(dòng)力推進(jìn)裝置35完成水下航行動(dòng)作。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述母船1和微型無人船2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號(hào)包括回波接收時(shí)間、回波波前法線和/或回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的頻移；其中，母船1和/或微型無人船2通過回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)問的時(shí)延確定目標(biāo)的距離，由回波波前法線方向可確定目標(biāo)的方向，由回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的頻移確定目標(biāo)的徑向速度。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述微型無人船2的第二位置信息是由所述母船1發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)檢測得到；或者在所述微型無人船2上安裝有g(shù)ps定位模塊時(shí)，由所述微型無人船上報(bào)其gps定位模塊檢測得到的第二位置信息。

由于基于一個(gè)共同的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例中所闡述的相關(guān)內(nèi)容同樣也適用于實(shí)施例1-實(shí)施例3中相應(yīng)內(nèi)容。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，將上述系統(tǒng)實(shí)施例1-3中相關(guān)技術(shù)內(nèi)容使用到方法實(shí)施例4中，也可以將方法實(shí)施例4相關(guān)技術(shù)內(nèi)容使用到系統(tǒng)實(shí)施例1-3中。上述可能的組合和擴(kuò)展出的技術(shù)方案，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括：只讀存儲(chǔ)器(rom，readonlymemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram，randomaccessmemory)、磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。