一种ROV水下组合定位系统的制作方法

本实用新型属于水下作业机器人设备技术领域，具体涉及一种ROV水下组合定位系统。

背景技术：

随着社会经济发展，特别是对江河湖泊等资源的开发和利用，水电站、大坝的修建，以及近海资源探测、利用，对能够在湖泊、河道、近海穿行作业的小型ROV的需求不断增加，迫切需要一种具有实用价值高，可靠性高，价位低廉等特点的小型ROV。这种小型水下机器人能够在水质有污染、狭窄、有一定危险的浅水环境中作业，主要可用于防洪大堤、水库大坝、港口岸边、船舶等经常性检测。尤其适用于水闸、河道等日常、排污、检测的引导指示工作。

目前，小型ROV最常用的定位设备是定位声纳系统，由水听器和发射器组成，最重要的指标包括定位的精度、定位速率和可靠性，出于成本和体积的考虑，小型水下机器人(ROV)的定位一般采用短基线(SBL)定位系统。由于存在水声混响、机器人的机械噪声和SBL水听器安装尺寸误差等，使SBL的定位精度和可靠性难以保证、SBL的水听器与应答器之间的连接容易出现异常。另外，SBL系统的软硬件系统独立于ROV控制系统之外，特别是计算机监控软件的独立不利于ROV系统将SBL信号与其它位姿传感器信号进行融合，给ROV的后续开发工作造成不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种ROV水下组合定位系统，以解决上述背景技术中提出的目前小型ROV定位精度和可靠性难以保证、连接容易出现异常、信号融合与后续开发不便的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种ROV水下组合定位系统，包括水面系统、水下系统以及连接两者的光纤脐带缆；

所述水面系统包括母船、第一水听器、第二水听器、第三水听器、PC控制系统及GPS系统，其中所述母船浮于水面上，所述第一水听器、第二水听器、第三水听器分别布置在所述母船底部的不同位置处，所述PC控制系统和GPS系统安装在母船上，所述PC控制系统通过电缆分别与所述第一水听器、第二水听器、第三水听器连接，并通过电缆与所述GPS系统连接；

所述水下系统包括水下机器人ROV、应答器、声呐相机、电罗经、姿态仪、高度计及信息采集系统，其中所述水下机器人ROV潜于水面以下，所述应答器安装在水下机器人ROV上，所述声呐相机安装在水下机器人ROV前端，所述信息采集系统安装在水下机器人ROV内部，所述电罗经、姿态仪、高度计均安装在水下机器人ROV上，所述信息采集系统通过电缆分别与所述应答器、声呐相机、电罗经、姿态仪及高度计连接；

所述水面系统与水下系统之间通过连接在所述PC控制系统与信息采集系统之间的光纤脐带缆进行信号通讯。

所述声呐相机的安装方向朝向正前且水平方向。

注：ROV，即遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle)，是用于水下观察、检查和施工的水下机器人。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型针对小型水下ROV目标进行精确定位。在定位系统上主要采用短基线技术获得ROV的位置信息，短基线定位系统相对其他定位系统成本更低，安装更方便，实用性更强。本实用新型为更好解决小型水下ROV短基线定位系统在精确度和可靠性上的问题，采用与声纳相机定位相结合的方式，即以ROV为坐标参照点，利用搭载于ROV上的声呐相机探测水下目标，经过对水下目标图像的预处理、特征提取、目标识别后，推导出水下目标与ROV的相对距离，然后利用ROV上的各项辅助设备对系统误差进行校正，最后确定水下目标的地理坐标。将短基线定位与声纳相机定位系统组合后，不仅结合了两种不同定位系统的优点，使定位系统的精度更高，功能更强大，同时对于小型水下ROV来说，成本也更容易控制，性价比突出。

附图说明

图1为本实用新型ROV水下组合定位系统的结构示意图。

图2为本实用新型ROV水下组合定位系统的原理框图。

图1～2中：1、第一水听器；2、第二水听器；3、第三水听器；4、应答器；5、声呐相机；6、光纤脐带缆；7、电罗经；8、姿态仪；9、高度计；10、PC控制系统；11、信号采集系统；12、GPS系统；100、母船；200、水下机器人ROV。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，本实用新型的ROV水下组合定位系统，主要由水面系统和水下系统两部分组成。设备包括母船100、水下机器人ROV 200、第一水听器1、第二水听器2、第三水听器3、应答器4、声呐相机5、光纤脐带缆6、电罗经7、姿态仪8、高度计9、PC控制系统10、信号采集系统11、GPS系统12。

第一水听器1、第二水听器2、第三水听器3布置在水面以下、母船100底部，通过电缆与水上的母船100中的PC控制系统10相连。应答器4安装在水下机器人ROV 200上。第一水听器1、第二水听器2、第三水听器3与应答器4之间进行声通讯。PC控制系统10通过母船控制第一水听器1、第二水听器2、第三水听器3的发送和接收，并计算出各水听器与固定在水下机器人ROV 200上的应答器4之间的距离d1、d2、d3，最后通过第一水听器1、第二水听器2、第三水听器3的坐标及d1、d2、d3，三条线段汇聚成一点，就可以确定水下机器人ROV 200的位置。

声呐相机5安装在水下机器人ROV 200前端，安装方向朝向正前且水平方向。声纳的声图像信息经信号采集系统11、光纤脐带缆6送往PC控制系统10用以识别被测目标并经图像的预处理、特征提取、目标识别后，最终推导出水下目标与水下机器人ROV 200的相对距离。

光纤脐带缆6用来连接母船100和水下机器人ROV 200，其中母船100上的控制信号经PC控制系统10将电信号转换为光纤信号，经光纤脐带缆6送往水下机器人ROV 200上的各推进、执行和传感装置。电罗经7安装在水下机器人ROV 200上，用来获知水下机器人ROV 200及声呐相机5的正方向。姿态仪8安装在水下机器人ROV 200上，用来进行系统校正。高度计9装在水下机器人ROV 200上，作用是探测距离海底的距离，防止离海底太近而触碰到礁石。在进行水下目标探测时，原则上距离海底的高度不能超过18m。

同时，母船100上还安装有GPS定位系统12，其主要作用是为母船100所在位置进行定位并进行相应导航，同时还能实时测算母船100的航行迹向、航速等。

本实用新型所涉及的主要设备型号参见下表：

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本专利。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。