一種水下目標(biāo)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水下目標(biāo)定位方法，包括：1)提供識別系統(tǒng)，包括浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶子系統(tǒng)、目標(biāo)識別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，浮標(biāo)子系統(tǒng)懸浮在水下機器人上方的水面上，目標(biāo)識別子系統(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)距離水下機器人的浮標(biāo)相對位置，目標(biāo)識別子系統(tǒng)用于確定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機器人的目標(biāo)相對距離，控制子系統(tǒng)根據(jù)浮標(biāo)GPS位置、浮標(biāo)相對位置和目標(biāo)相對距離確定水下機器人GPS位置和水下目標(biāo)GPS位置；以及2)使用系統(tǒng)進行定位。通過本發(fā)明，能夠準(zhǔn)確確定水下機器人和水下目標(biāo)的GPS位置，同時能夠識別出水下目標(biāo)的類型。
【專利說明】一種水下目標(biāo)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水下檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種水下目標(biāo)定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 機器人技術(shù)是集運動學(xué)與動力學(xué)理論、機械設(shè)計與制造技術(shù)、計算機硬件與軟件 技術(shù)、控制理論、電動伺服隨動技術(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)志著一個國家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，而其在各種機械領(lǐng)域的普及 應(yīng)用，則顯示了這個國家的經(jīng)濟和科技發(fā)展的實力。
[0003] 世界上許多國家為了推進本國的機器人開發(fā)事業(yè)，打入競爭日益激烈的國際高科 技市場，不惜投入巨大的人力、財力來推動機器人技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了許多類型的機器 人。機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸從人工環(huán)境擴展到了水下和宇宙。
[0004] 隨著人口數(shù)量的增長和科學(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)成為決定一個國家興衰的基本因素之一，從而使水下機 器人具有更加廣闊的應(yīng)用前景。水下機器人設(shè)計是一項綜合性的復(fù)雜工程，技術(shù)密集度高， 是公認的高科技。他的研制水平體現(xiàn)了一個國家的綜合技術(shù)力量。
[0005] 水下機器人一般可以分為兩大類：一類是有纜水下機器人，習(xí)慣稱為遙控潛水器 (Remote Operated Vehicle，簡稱R0V);另一類是無纜水下機器人，習(xí)慣稱為自治潛水器 (Autonomous Underwater Vehicle,簡稱AUV)。此外，按使用的目的分，有水下調(diào)查機器人 (觀測、測量、試驗材料的收集等）和水下作業(yè)機器人（水下焊接、擰管子、水下建筑、水下切 割等作業(yè)）；按活動場所分，有海底機器人和水中機器人。
[0006] 但是，無論水下機器人工作在哪一種應(yīng)用領(lǐng)域，水下機器人的定位對操控方來說， 非常重要，同時水下機器人在遇到水下目標(biāo)時，對水下目標(biāo)類型的判斷也相當(dāng)關(guān)鍵。水下機 器人的定位信息能夠幫助操控方了解水下機器人的工作進度，從而對當(dāng)前的工作進展和未 來的工作安排有一個提前判斷，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信號無法傳送到水下， 現(xiàn)有技術(shù)中缺少水下機器人定位的有效手段，更缺少將水下機器人定位和水下目標(biāo)類型判 斷有機結(jié)合的智能化控制系統(tǒng)。
[0007] 因此，需要一種水下目標(biāo)定位方法，幫助水下機器人的操控方及時了解到水下機 器人的GPS位置，實現(xiàn)對水下機器人的定位，還能對遇到的物體實現(xiàn)水下目標(biāo)類型，為操控 方提供更多有價值的參考數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種水下目標(biāo)定位方法，引入浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶 子系統(tǒng)、目標(biāo)識別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)四個子系統(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)上安裝太陽能供電設(shè)備，用于為所述目標(biāo)定位識別系統(tǒng)供電，另 夕卜，基于浮標(biāo)GPS位置、浮標(biāo)與水下機器人相對位置和目標(biāo)與水下機器人的相對距離確定 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目標(biāo)類型的圖像識別，使得 水下機器人控制系統(tǒng)得到進一步的完善。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種水下目標(biāo)定位方法，該方法包括：1)提供水下 機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)，所述目標(biāo)定位識別系統(tǒng)包括浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶子系統(tǒng)、目標(biāo)識別 子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)懸浮在水下機器人上方的水面上，所述目標(biāo)識別子 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)距離水下機器人的浮標(biāo)相對位置，所述目標(biāo) 識別子系統(tǒng)用于確定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機器人的目標(biāo)相對距 離，所述控制子系統(tǒng)根據(jù)所述浮標(biāo)GP S位置、所述浮標(biāo)相對位置和所述目標(biāo)相對距離確定 水下機器人GPS位置和水下目標(biāo)GPS位置；以及2)使用所述目標(biāo)定位識別系統(tǒng)來進行定 位。
[0010] 更具體地，在所述水下機器人目標(biāo)定位識別系統(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)識別子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)提供 太陽能供電；所述浮標(biāo)子系統(tǒng)還包括浮標(biāo)，懸浮在水下機器人上方的水面上；光伏板，固定 在浮標(biāo)上方，用于接收太陽能輻射；太陽能蓄電池，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)定位識別系統(tǒng)供電；GPS定位設(shè)備，用于接收GPS衛(wèi)星實時 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實現(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，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算所述浮標(biāo)相對位置；所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)還包括水 下攝像機，用于實時拍攝水下機器人的前方圖像；第一存儲器，預(yù)存了目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫，所 述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫中包括了各種水下目標(biāo)的圖像特征，所述第一存儲器還存儲了預(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連接，對所述前方圖像進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器和所述目標(biāo)識別單元連接，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；紅外線測距傳感器，用于確定水下目標(biāo)距離水下機器人的目標(biāo)相對距離；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)；ARM 11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)相對位置，與所述紅外線測距傳感器連接以獲得所述目標(biāo)相對距離，并基于所 述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對位置確定水下機器人GPS位置，基于所述浮標(biāo)GPS位置、所 述浮標(biāo)相對位置和所述目標(biāo)相對距離確定水下目標(biāo)GPS位置，所述ARM 11處理器還與所述 水下攝像機、所述第一存儲器和所述圖像處理器分別連接，在所述目標(biāo)相對距離小于等于 所述預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值時，啟動所述水下攝像機和所述圖像處理器；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。 [0011] 更具體地，在所述水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中，所述無線通信接口通過GPRS 移動通信網(wǎng)絡(luò)、3G移動通信網(wǎng)絡(luò)或4G移動通信網(wǎng)絡(luò)與所述水上控制平臺實現(xiàn)雙向無線通 ?目。
[0012] 更具體地，在所述水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中，所述太陽能蓄電池為鉛酸電 池。
[0013] 更具體地，在所述水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中，所述聲吶子系統(tǒng)位于所述水 下機器人的外殼頂部，所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)都位于所述水下機器人的外 殼前部。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0017] 下面將參照附圖對本發(fā)明的水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)的實施方案進行詳細 說明。
[0018] 水下機器人在20世紀50年代初誕生時，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，國際上開始兩大開發(fā)技術(shù)，即宇宙和海洋開發(fā)，促使遠距離操縱型 機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、進行多種作業(yè)的機器人，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)的進步，適應(yīng)各種需要的水下機器人將會得到更大的發(fā)展。
[0020] 水下機器人在工作中存在兩種需求：（1)需要及時確定水下機器人的定位信息， 最好是國際通用的GPS定位信息；（2)對水下機器人所遇到的各個水下物體，需要及時確定 他們的類型，為水下機器人的操作提供參考。
[0021] 本發(fā)明的水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)，能夠通過浮標(biāo)輔助定位的方式，借用浮 標(biāo)的GPS信息定位水下機器人的GPS信息，同時，采取基于圖像處理的目標(biāo)識別模式，將識 別到的物體特征與預(yù)存各種物體特征進行逐一匹配，以獲得水下目標(biāo)的類型。
[0022] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的水下機器人目標(biāo)定位識別系統(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)識別子系統(tǒng)4分別連接，所述浮 標(biāo)子系統(tǒng)1懸浮在水下機器人上方的水面上，所述目標(biāo)識別子系統(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)距離水下機器人的浮標(biāo)相對位置，所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)4用于確 定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機器人的目標(biāo)相對距離，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)相對位置和所述目標(biāo)相對距離確定水下目標(biāo)GPS位置。
[0023] 接著，對本發(fā)明的水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行更具體的說明。
[0024] 在所述水下機器人目標(biāo)定位識別系統(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)識別子系統(tǒng)4電性連接；所述浮標(biāo)子系統(tǒng)1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)1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)識別子系統(tǒng)4和所述控制子系統(tǒng) 3提供太陽能供電。
[0025] 所述浮標(biāo)子系統(tǒng)1還包括浮標(biāo)，懸浮在水下機器人上方的水面上；光伏板，固定在 浮標(biāo)上方，用于接收太陽能輻射；太陽能蓄電池，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)定位識別系統(tǒng)供電；GPS定位設(shè)備，用于接收GPS衛(wèi)星實時發(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實現(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，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算所述浮標(biāo)相對位置。
[0027] 所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)4還包括水下攝像機，用于實時拍攝水下機器人的前方圖 像；第一存儲器，預(yù)存了目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫，所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫中包括了各種水下目標(biāo)的圖 像特征，所述第一存儲器還存儲了預(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連接，對所述前方圖像 進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器 和所述目標(biāo)識別單元連接，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；紅外線測距傳感器，用于確定水下目標(biāo) 距離水下機器人的目標(biāo)相對距離。
[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)1 ;ARM 11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)相對位置，與所述紅外線測距傳感器連接以獲得所述目標(biāo) 相對距離，并基于所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對位置和所述目標(biāo)相對距離確定水下目 標(biāo)GPS位置。
[0029] 所述ARM 11處理器還與所述水下攝像機、所述第一存儲器和所述圖像處理器分 別連接，在所述目標(biāo)相對距離小于等于所述預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值時，啟動所述水下攝像機和 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ARM11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)1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。
[0031] 其中，在所述水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中，所述無線通信接口可選擇通過 GPRS移動通信網(wǎng)絡(luò)、3G移動通信網(wǎng)絡(luò)或4G移動通信網(wǎng)絡(luò)與所述水上控制平臺實現(xiàn)雙向無 線通信，所述太陽能蓄電池可選用鉛酸電池，所述聲吶子系統(tǒng)2位于所述水下機器人的外 殼頂部，所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)4和所述控制子系統(tǒng)3都位于所述水下機器人的外殼前部。
[0032] 另外，聲吶是英文縮寫"SONAR"的音譯，其中文全稱為：聲音導(dǎo)航與測距，Sound Navigation 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， 完成水下探測和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。他有主動式和被動式兩種類型，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為主動式聲吶系統(tǒng)。聲吶是利用水中聲波對水下目標(biāo)進 行探測、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、電子機柜和輔助設(shè)備三部分組成?；囉伤晸Q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)射機陣或 收發(fā)合一基陣之分。電子機柜一般有發(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、與聲吶基陣的傳動控制相配套的升降、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械能、電能、磁能等相 互轉(zhuǎn)換的裝置。他有兩個用途：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 實際使用時往往同時用于發(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或磁場的作用下發(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)還裝雷達應(yīng)答器、無線電指 向標(biāo)、霧警信號和海洋調(diào)查儀器等設(shè)備。
[0036] 采用本發(fā)明的水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)，針對現(xiàn)有水下機器人控制系統(tǒng)無法 進行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)相對于水下機器人的 相對距離確定水下機器人的GPS位置，利用浮標(biāo)GPS位置、浮標(biāo)和目標(biāo)相對于水下機器人的 相對距離確定水下目標(biāo)的GPS位置，同時引入圖像處理技術(shù)對水下目標(biāo)特征進行識別，并 進一步利用目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫匹配出水下目標(biāo)的類型，從而方便水上控制平臺控制水下機器 人的水下工作。
[0037] 可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以 限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(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)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等 同變化的等效實施例。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)實質(zhì)對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種水下目標(biāo)定位方法，該方法包括： 1) 提供水下機器人目標(biāo)定位識別系統(tǒng)，所述目標(biāo)定位識別系統(tǒng)包括浮標(biāo)子系統(tǒng)、聲吶 子系統(tǒng)、目標(biāo)識別子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，所述浮標(biāo)子系統(tǒng)懸浮在水下機器人上方的水面上， 所述目標(biāo)識別子系統(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)距離水下機器人的浮標(biāo)相對 位置，所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)用于確定水下目標(biāo)類型，并用于確定水下目標(biāo)距離水下機器人 的目標(biāo)相對距離，所述控制子系統(tǒng)根據(jù)所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對位置和所述目標(biāo) 相對距離確定水下機器人GPS位置和水下目標(biāo)GPS位置；以及 2) 使用所述目標(biāo)定位識別系統(tǒng)來進行定位。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，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)識別子系統(tǒng)和所述控制子系統(tǒng)提供太陽能供電； 所述浮標(biāo)子系統(tǒng)還包括： 浮標(biāo)，懸浮在水下機器人上方的水面上； 光伏板，固定在浮標(biāo)上方，用于接收太陽能輻射； 太陽能蓄電池，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)定位識別系統(tǒng)供電； GPS定位設(shè)備，用于接收GPS衛(wèi)星實時發(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 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實現(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，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 聲波特性計算所述浮標(biāo)相對位置； 所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)還包括： 水下攝像機，用于實時拍攝水下機器人的前方圖像； 第一存儲器，預(yù)存了目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫，所述目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫中包括了各種水下目標(biāo)的 圖像特征，所述第一存儲器還存儲了預(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 所述水下攝像機連接，對所述前方圖像進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器和所述目標(biāo)識別單元連接，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； 紅外線測距傳感器，用于確定水下目標(biāo)距離水下機器人的目標(biāo)相對距離； 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)； ARM 11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)相對位置，與所述紅外線測距傳感器連接以獲得所述目標(biāo)相對距 離，并基于所述浮標(biāo)GPS位置、所述浮標(biāo)相對位置確定水下機器人GPS位置，基于所述浮標(biāo) GPS位置、所述浮標(biāo)相對位置和所述目標(biāo)相對距離確定水下目標(biāo)GPS位置，所述ARM 11處理 器還與所述水下攝像機、所述第一存儲器和所述圖像處理器分別連接，在所述目標(biāo)相對距 離小于等于所述預(yù)設(shè)目標(biāo)距離閾值時，啟動所述水下攝像機和所述圖像處理器； 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。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于： 所述無線通信接口通過GPRS移動通信網(wǎng)絡(luò)、3G移動通信網(wǎng)絡(luò)或4G移動通信網(wǎng)絡(luò)與所 述水上控制平臺實現(xiàn)雙向無線通信。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于： 所述太陽能蓄電池為鉛酸電池。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于： 所述聲吶子系統(tǒng)位于所述水下機器人的外殼頂部，所述目標(biāo)識別子系統(tǒng)和所述控制子 系統(tǒng)都位于所述水下機器人的外殼前部。
【文檔編號】G01S15/08GK104215988SQ201410506327
【公開日】2014年12月17日 申請日期: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 申請人:江蘇華宏實業(yè)集團有限公司