一种水下机器人目标定位识别方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及水下机器人技术领域，提供了一种水下机器人目标定位识别方法和系统。系统中水下机器人用于获取目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，并发送第一位置信息给母船；母船用于获取微型无人船的第二位置信息；微型无人船将采集到的来自水下机器人的声呐反射信号反馈给母船；母船还用于根据自身的第三位置信息、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船采集到的水下机器人的声呐反射信号，以及目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，计算得到目标的定位信息。相比较现有技术中采用的由水下机器人作为主动声呐源，本发明专利技术实施例能够在保障水下机器人目标定位识别准确度的前提下，提高水下机器人的续航能力，并且减少水下机器人的运行效率。

Method and system for identifying and locating underwater robot target

The invention relates to the technical field of underwater robots, and provides a method and a system for identifying and locating an underwater robot target. The system of underwater robot is used to obtain the target location information the first underwater robot relative to the first position and sends the information to the mother ship; ship for second position information acquisition micro unmanned ship; ship feedback from miniature unmanned underwater robot sonar echo signal collected to the mother ship; the mother ship is also used to sonar signal reflected third position information, the miniature unmanned ship's second location information, ship and micro unmanned ship captured underwater robot, the first position information of underwater robot and target object relative to the calculated target location information. Compared with the existing technology used by the underwater robot as a source of active sonar, the embodiment of the invention can guarantee the underwater target localization and identification accuracy, improve AUV endurance and reduce the efficiency of underwater robot.

【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人目标定位识别方法和系统
本专利技术涉及水下机器人
，特别是涉及一种水下机器人目标定位识别方法和系统。
技术介绍
水下机器人一般可以分为两大类：一类是有缆水下机器人；另一类是无缆水下机器人。此外，按使用的目的分，有水下调查机器人(例如：观测、测量、试验材料的收集等)和水下作业机器人(例如：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，无论哪一种应用领域，水下机器人的定位都是非常重要的。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。专利技术人检索并研究了现有的相关技术，其中，以专利号为201410506360.9，专利名称为《水下机器人目标定位识别系统》的专利技术专利来说，虽然提出了一种水下机器人目标定位识别系统，但是，其实现方式是基于水下机器人的主动声呐过程来完成的，这种方式不仅增加了水下机器人自身的工作负荷，为了保证能够接收到其浮标的声呐反射信号，水下机器人需要消耗大量的能量在定位上，这对于长时间水下工作的机器人来说是较大的问题，现有技术中也并没有提出一种有效的解决方案，在水下机器人不具备大功率声呐设备情况下，如何完成水下目标的定位识别。
技术实现思路
本专利技术实施例要解决的技术问题是如何在水下机器人不具备大功率声呐设备情况下，完成水下目标的定位识别。本专利技术实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种水下机器人目标定位识别系统，在系统中包括具有主动声呐功能的母船、至少一个具有被动声呐功能的微型无人船和水下机器人，所述水下机器人上设置有目标识别子系统和控制子系统，所述目标识别子系统用于获取目标对象相对于水下机器人的第一位置信息；所述控制子系统与所述母船建立有第一通讯链路，并通过所述第一通讯链路发送所述第一位置信息；所述母船和微型无人船之间相差预设距离，母船用于获取所述微型无人船的第二位置信息；所述母船和微型无人船之间建立有第二通讯链路，其中，微型无人船中记录有母船声呐信号的相关参数，并将采集到的来自水下机器人的声呐反射信号通过所述第二通讯链路反馈给母船；所述母船用于采集来自水下机器人的声呐反射信号，所述母船还用于根据自身的第三位置信息、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船分别采集到的水下机器人的声呐反射信号，以及目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，计算得到目标的定位信息。可选的，所述微型无人船具体数量为一个，所述水下机器人上设置有水深传感器；其中，所述水深传感器用于反馈水下机器人到海面的垂直距离；水下机器人将所述垂直距离反馈给母船；母船用于根据所述用于根据自身的第三位置信息、水下机器人的垂直距离、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船采集到的水下机器人的声呐反射信号，以及目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，计算得到目标的定位信息。可选的，所述微型无人船具体数量为两个或者两个以上，以所述两个或者两个以上的微型无人船和母船的声呐设备作为参考点，其中，各参考点在水面上构成等边图形。可选的，所述目标识别子系统包括第二声呐收发器和双摄像头，所述第二声呐收发器用于获取水下机器人到目标对象的目标距离，所述双摄像头用于采集目标对象场景；所述水下机器人还根据所述目标距离和目标对象场景，并通过透视算法计算出目标对象相对于水下机器人的第一位置信息。第二方面，本专利技术实施例提供了一种水下机器人目标定位识别方法，包括具有主动声呐功能的母船、至少一个具有被动声呐功能的微型无人船和水下机器人，方法包括：控制母船和/或微型无人船，使得母船和微型无人船之间相差预设距离，母船获取所述微型无人船的第二位置信息；所述水下机器人获取目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，并将所述第一位置信息发送给所述母船；所述微型无人船中记录有母船声呐信号的相关参数，并根据所述相关参数将采集到的来自水下机器人的声呐反射信号反馈给母船；其中，所述声呐反射信号由母船发射出的声呐信号遇到所述水下机器人后反射产生；所述母船用于采集来自水下机器人的声呐反射信号，所述母船还用于根据自身的第三位置信息、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船分别采集到的水下机器人的声呐反射信号和所述第一位置信息，计算得到目标的定位信息。可选的，所述微型无人船具体数量为一个，所述水下机器人上设置有水深传感器；其中，所述水深传感器用于反馈水下机器人到海面的垂直距离；水下机器人将所述垂直距离反馈给母船；母船用于根据所述用于根据自身的第三位置信息、水下机器人的垂直距离、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船采集到的水下机器人的声呐反射信号，以及目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，计算得到目标的定位信息。可选的，所述微型无人船具体数量为两个或者两个以上，以所述两个或者两个以上的微型无人船和母船的声呐设备作为参考点，其中，各参考点在水面上构成等边图形。可选的，所述水下机器人包括第二声呐收发器和双摄像头，所述第二声呐收发器用于获取水下机器人到目标对象的目标距离，所述双摄像头用于采集目标对象场景；所述水下机器人根据所述目标距离和目标对象场景，并通过透视算法计算出目标对象相对于水下机器人的第一位置信息。可选的，所述母船和微型无人船采集到的水下机器人的声呐反射信号包括回波接收时间、回波波前法线和/或回波信号与发射信号之间的频移；其中，母船和/或微型无人船通过回波信号与发射信号问的时延确定目标的距离，由回波波前法线方向可确定目标的方向，由回波信号与发射信号之间的频移确定目标的径向速度。可选的，所述微型无人船的第二位置信息是由所述母船发射的雷达信号检测得到；或者在所述微型无人船上安装有GPS定位模块时，由所述微型无人船上报其GPS定位模块检测得到的第二位置信息。本专利技术实施例充分利用了母船自身的续航能力，以及其配备的声呐设备功能，简化了水下机器人和微型无人船的设计需求，并利用由母船、微型无人船和水下机器人构建起来的第一定位子系统，以及由水下机器人和目标对象构建起来的第二定位子系统，由母船或者陆地服务器计算得到目标对象的定位信息，所述定位信息包括经纬度信息、水深信息等等。相比较现有技术中采用的由水下机器人作为等价与所述第一定位子系统中的主动声呐源，本专利技术实施例能够在保障水下机器人目标定位识别准确度的前提下，提高水下机器人的续航能力，并且减少水下机器人的数据处理量，从侧面降低了水下机器人的制造成本。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种水下机器人目标定位识别系统示意图；图2是本专利技术实施例提供的水本文档来自技高网...

【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，在系统中包括具有主动声呐功能的母船、至少一个具有被动声呐功能的微型无人船和水下机器人，所述水下机器人上设置有目标识别子系统和控制子系统，所述目标识别子系统用于获取目标对象相对于水下机器人的第一位置信息；所述控制子系统与所述母船建立有第一通讯链路，并通过所述第一通讯链路发送所述第一位置信息；所述母船和微型无人船之间相差预设距离，母船用于获取所述微型无人船的第二位置信息；所述母船和微型无人船之间建立有第二通讯链路，其中，微型无人船中记录有母船声呐信号的相关参数，并将采集到的来自水下机器人的声呐反射信号通过所述第二通讯链路反馈给母船；所述母船用于采集来自水下机器人的声呐反射信号，所述母船还用于根据自身的第三位置信息、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船分别采集到的水下机器人的声呐反射信号，以及目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，计算得到目标的定位信息。

【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，在系统中包括具有主动声呐功能的母船、至少一个具有被动声呐功能的微型无人船和水下机器人，所述水下机器人上设置有目标识别子系统和控制子系统，所述目标识别子系统用于获取目标对象相对于水下机器人的第一位置信息；所述控制子系统与所述母船建立有第一通讯链路，并通过所述第一通讯链路发送所述第一位置信息；所述母船和微型无人船之间相差预设距离，母船用于获取所述微型无人船的第二位置信息；所述母船和微型无人船之间建立有第二通讯链路，其中，微型无人船中记录有母船声呐信号的相关参数，并将采集到的来自水下机器人的声呐反射信号通过所述第二通讯链路反馈给母船；所述母船用于采集来自水下机器人的声呐反射信号，所述母船还用于根据自身的第三位置信息、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船分别采集到的水下机器人的声呐反射信号，以及目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，计算得到目标的定位信息。2.根据权利要求1所述的水下机器人目标定位识别系统，其特征在于，所述微型无人船具体数量为一个，所述水下机器人上设置有水深传感器；其中，所述水深传感器用于反馈水下机器人到海面的垂直距离；水下机器人将所述垂直距离反馈给母船；母船用于根据所述用于根据自身的第三位置信息、水下机器人的垂直距离、微型无人船的第二位置信息、母船和微型无人船采集到的水下机器人的声呐反射信号，以及目标对象相对于水下机器人的第一位置信息，计算得到目标的定位信息。3.根据权利要求1所述的水下机器人目标定位识别系统，其特征在于，所述微型无人船具体数量为两个或者两个以上，以所述两个或者两个以上的微型无人船和母船的声呐设备作为参考点，其中，各参考点在水面上构成等边图形。4.根据权利要求1-3任一所述的水下机器人目标定位识别系统，其特征在于，所述目标识别子系统包括第二声呐收发器和双摄像头，所述第二声呐收发器用于获取水下机器人到目标对象的目标距离，所述双摄像头用于采集目标对象场景；所述水下机器人还根据所述目标距离和目标对象场景，并通过透视算法计算出目标对象相对于水下机器人的第一位置信息。5.一种水下机器人目标定位识别方法，其特征在于，包括具有主动声呐功能的母船、至少一个具有被动声呐功能的微型无人船和水下机器人，方法包括：控制母船和/或微型无人船，使得母船和微型无人船之间相差预设距离，母船获取所述微型无人船的第二位置信息；所述水下机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，池晓阳，李刚，张保平，刘中凡，张吉伟，张良曦，
申请(专利权)人：大鹏高科武汉智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42