水下机器人目标定位识别系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水下机器人目标定位识别系统，包括浮标子系统、声呐子系统、目标识别子系统和控制子系统，浮标子系统悬浮在水下机器人上方的水面上，目标识别子系统、声呐子系统和控制子系统设置在水下机器人上，浮标子系统用于确定浮标GPS位置，声呐子系统用于确定浮标距离水下机器人的浮标相对位置，目标识别子系统用于确定水下目标类型，并用于确定水下目标距离水下机器人的目标相对距离，控制子系统根据浮标GPS位置、浮标相对位置和目标相对距离确定水下机器人GPS位置和水下目标GPS位置。通过本发明专利技术，能够在水下GPS信号无法无线传送的情况下，采用有效方式准确确定水下机器人和水下目标的GPS位置，同时能够识别出水下目标的类型。

【技术实现步骤摘要】
水下机器人目标定位识别系统
本专利技术涉及水下检测领域，尤其涉及一种水下机器人目标定位识别系统。
技术介绍
机器人技术是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、电动伺服随动技术、传感器技术、人工智能理论等科学技术为一体的综合技术。他的研究与开发标志着一个国家科学技术的发展水平，而其在各种机械领域的普及应用，则显示了这个国家的经济和科技发展的实力。 世界上许多国家为了推进本国的机器人开发事业，打入竞争日益激烈的国际高科技市场，不惜投入巨大的人力、财力来推动机器人技术的发展，开发出了许多类型的机器人。机器人的应用领域也逐渐从人工环境扩展到了水下和宇宙。 随着人口数量的增长和科学技术水平的不断提高，人类已把海洋作为生存和发展的新领域，海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一，从而使水下机器人具有更加广阔的应用前景。水下机器人设计是一项综合性的复杂工程，技术密集度高，是公认的高科技。他的研制水平体现了一个国家的综合技术力量。 水下机器人一般可以分为两大类:一类是有缆水下机器人，习惯称为遥控潜水器(Remote Operated Vehicle,简称ROV);另一类是无缆水下机器人，习惯称为自治潜水器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)。此外，按使用的目的分,有水下调查机器人(观测、测量、试验材料的收集等)和水下作业机器人(水下焊接、拧管子、水下建筑、水下切割等作业)；按活动场所分，有海底机器人和水中机器人。 但是，无论水下机器人工作在哪一种应用领域，水下机器人的定位对操控方来说，非常重要，同时水下机器人在遇到水下目标时，对水下目标类型的判断也相当关键。水下机器人的定位信息能够帮助操控方了解水下机器人的工作进度，从而对当前的工作进展和未来的工作安排有一个提前判断，水下目标类型的判断能够帮助操控方了解水下状况，从而确定是否寻找到期望目标。但是，由于水下无线传输的局限性，GPS信号无法传送到水下，现有技术中缺少水下机器人定位的有效手段，更缺少将水下机器人定位和水下目标类型判断有机结合的智能化控制系统。 因此，需要一种新的水下机器人控制系统，帮助水下机器人的操控方及时了解到水下机器人的GPS位置，实现对水下机器人的定位，还能对遇到的物体实现水下目标类型，为操控方提供更多有价值的参考数据。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种水下机器人目标定位识别系统，引入浮标子系统、声呐子系统、目标识别子系统和控制子系统四个子系统，将浮标子系统与控制子系统通过有线电缆连接，并在浮标子系统上安装太阳能供电设备，用于为所述目标定位识别系统供电，另外，基于浮标GPS位置、浮标与水下机器人相对位置和目标与水下机器人的相对距离确定水下目标GPS位置，以及通过摄像装置和图像处理装置完成对目标类型的图像识别，使得水下机器人控制系统得到进一步的完善。 根据本专利技术的一方面，提供了一种水下机器人目标定位识别系统，所述系统包括浮标子系统、声呐子系统、目标识别子系统和控制子系统，所述浮标子系统悬浮在水下机器人上方的水面上，所述目标识别子系统、所述声呐子系统和所述控制子系统设置在水下机器人上，所述浮标子系统用于确定浮标GPS位置，所述声呐子系统用于确定浮标距离水下机器人的浮标相对位置，所述目标识别子系统用于确定水下目标类型，并用于确定水下目标距离水下机器人的目标相对距离，所述控制子系统根据所述浮标GPS位置、所述浮标相对位置和所述目标相对距离确定水下目标GPS位置。 更具体地，在所述水下机器人目标定位识别系统中，所述控制子系统分别与所述声呐子系统和所述目标识别子系统电性连接；所述浮标子系统与所述控制子系统通过有线电缆连接，所述浮标子系统通过所述有线电缆将所述浮标GPS位置转发到所述控制子系统，并通过所述有线电缆为所述声呐子系统、所述目标识别子系统和所述控制子系统提供太阳能供电；所述浮标子系统还包括浮标，悬浮在水下机器人上方的水面上；光伏板，固定在浮标上方，用于接收太阳能辐射；太阳能蓄电池，设置在浮标内并具有密封防水外壳，连接所述光伏板，用于为所述目标定位识别系统供电；GPS定位设备，用于接收GPS卫星实时发送的浮标GPS位置；第一有线电缆接口，用于连接所述控制子系统，所述第一有线电缆接口还与所述太阳能蓄电池和所述GPS定位设备分别连接；无线通信接口，与所述第一有线电缆接口连接，用于与水上控制平台实现双向无线通信；所述声呐子系统还包括发射换能器，用于在水下发射声波，发射声波遇到所述浮标时，将声波反射回来；接收换能器，用于在水下接收所述浮标反射的声波；微控制器，与所述发射换能器和所述接收换能器分别连接，基于发射声波特性和接收声波特性计算所述浮标相对位置；所述目标识别子系统还包括水下摄像机，用于实时拍摄水下机器人的前方图像；第一存储器，预存了目标特征数据库，所述目标特征数据库中包括了各种水下目标的图像特征，所述第一存储器还存储了预设目标距离阈值；图像处理器，包括图像滤波单元、目标识别单元和目标确定单元，所述图像滤波单元与所述水下摄像机连接，对所述前方图像进行基于中值算法的图像滤波以获得滤波图像，所述目标识别单元与所述图像滤波单元连接，用于从所述滤波图像中划分出目标子图像，所述目标确定单元分别与所述第一存储器和所述目标识别单元连接，确定所述目标子图像的目标图像特征，并在所述目标特征数据库中寻找匹配所述目标图像特征的水下目标类型；红外线测距传感器，用于确定水下目标距离水下机器人的目标相对距离；所述控制子系统还包括第二有线电缆接口，用于通过所述有线电缆连接所述浮标子系统；ARM11处理器，与所述第二有线电缆接口连接以接收所述浮标GPS位置，与所述微控制器连接以接收所述浮标相对位置，与所述红外线测距传感器连接以获得所述目标相对距离，并基于所述浮标GPS位置、所述浮标相对位置确定水下机器人GPS位置，基于所述浮标GPS位置、所述浮标相对位置和所述目标相对距离确定水下目标GPS位置，所述ARMll处理器还与所述水下摄像机、所述第一存储器和所述图像处理器分别连接，在所述目标相对距离小于等于所述预设目标距离阈值时，启动所述水下摄像机和所述图像处理器；其中，所述第二有线电缆接口将所述水下目标GPS位置、所述水下机器人GPS位置和所述水下目标类型通过所述有线电缆发送给所述浮标子系统的无线通信接口，以便于无线转发到所述水上控制平台。 更具体地，在所述水下机器人目标定位识别系统中，所述无线通信接口通过GPRS移动通信网络、3G移动通信网络或4G移动通信网络与所述水上控制平台实现双向无线通?目。 更具体地，在所述水下机器人目标定位识别系统中，所述太阳能蓄电池为铅酸电池。 更具体地，在所述水下机器人目标定位识别系统中，所述声呐子系统位于所述水下机器人的外壳顶部，所述目标识别子系统和所述控制子系统都位于所述水下机器人的外壳前部。 【附图说明】 以下将结合附图对本专利技术的实施方案进行描述，其中: 图1为根据本专利技术实施方案示出的水下机器人目标定位识别系统的结构方框图。 图2为根据本专利技术实施方案示出的水下机器人目标定位识别系统的声呐子系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下机器人目标定位识别系统，其特征在于，所述目标定位识别系统包括浮标子系统、声呐子系统、目标识别子系统和控制子系统，所述浮标子系统悬浮在水下机器人上方的水面上，所述目标识别子系统、所述声呐子系统和所述控制子系统设置在水下机器人上，所述浮标子系统用于确定浮标GPS位置，所述声呐子系统用于确定浮标距离水下机器人的浮标相对位置，所述目标识别子系统用于确定水下目标类型，并用于确定水下目标距离水下机器人的目标相对距离，所述控制子系统根据所述浮标GPS位置、所述浮标相对位置和所述目标相对距离确定水下机器人GPS位置和水下目标GPS位置。

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人目标定位识别系统，其特征在于，所述目标定位识别系统包括浮标子系统、声呐子系统、目标识别子系统和控制子系统，所述浮标子系统悬浮在水下机器人上方的水面上，所述目标识别子系统、所述声呐子系统和所述控制子系统设置在水下机器人上，所述浮标子系统用于确定浮标GPS位置，所述声呐子系统用于确定浮标距离水下机器人的浮标相对位置，所述目标识别子系统用于确定水下目标类型，并用于确定水下目标距离水下机器人的目标相对距离，所述控制子系统根据所述浮标GPS位置、所述浮标相对位置和所述目标相对距离确定水下机器人GPS位置和水下目标GPS位置。2.如权利要求1所述的水下机器人目标定位识别系统，其特征在于: 所述控制子系统分别与所述声呐子系统和所述目标识别子系统电性连接； 所述浮标子系统与所述控制子系统通过有线电缆连接，所述浮标子系统通过所述有线电缆将所述浮标GPS位置转发到所述控制子系统，并通过所述有线电缆为所述声呐子系统、所述目标识别子系统和所述控制子系统提供太阳能供电； 所述浮标子系统还包括: 浮标，悬浮在水下机器人上方的水面上； 光伏板，固定在浮标上方，用于接收太阳能辐射； 太阳能蓄电池，设置在浮标内并具有密封防水外壳，连接所述光 伏板，用于为所述目标定位识别系统供电； GPS定位设备，用于接收GPS卫星实时发送的浮标GPS位置； 第一有线电缆接口，用于连接所述控制子系统，所述第一有线电缆接口还与所述太阳能蓄电池和所述GPS定位设备分别连接； 无线通信接口，与所述第一有线电缆接口连接，用于与水上控制平台实现双向无线通?目; 所述声呐子系统还包括: 发射换能器，用于在水下发射声波，发射声波遇到所述浮标时，将声波反射回来； 接收换能器，用于在水下接收所述浮标反射的声波； 微控制器，与所述发射换能器和所述接收换能器分别连接，基于发射声波特性和接收声波特性计算所述浮标相对位置； 所述目标识别子系统还包括: 水下摄像机，用于实时拍摄水下机器人的前方图像； 第一存储器，预存了目标特征数据库，所述目...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙春兰，
申请(专利权)人：江苏华宏实业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32