端12时间同步，根据时 间和定位信号在水中传播的速度解算出两个接收端13分别于发射端12Α0, BO的距离。
[0041] 步骤Sll，定义两个接收端13位置的距离AB距离为d ;发射端12位置的0点坐标 为（〇,〇, 0)，压力传感器14位置的C点坐标为（X，y, Z),其中Z = h，h为C点的压力传感 器14测出来的深度。
[0042] 步骤S12,根据两个接收端13到发射端12的距离，可以确定发射端12在以D点为 圆心，以h为半径的圆，且圆心D点在两个接收端13的连线以及延长线上。
[0043] 步骤S2,根据三角函数公式计算压力传感器14至发射端12的连线水平方向的夹 角大小，其夹角为公式为：
[0045] 步骤S3,根据步骤Sl中的发射端12到接收端13的距离，以及步骤S2中的夹角， 结合点C到点0的距离和向量CO和向量CA的夹角关系可得方程为
[0046]
[0047] 其中，水下机器人1带有惯性导航感器可以实时测出接收端13的姿态信息，包括 X方向夹角Φ、Υ方向夹角Θ和Z方向夹角Φ。由此可以推出沿水下机器人1方向的单位 向量是（i，j，k)。Z为压力传感器14测量水面15深度距离为h。
[0048] 解方程可以得到X，y，及得到了 C点坐标（X，y，z)。得到了 C点与0点相对位置， 也就是得到了水下机器人1和水面15发射端12的相对位置，水面15发射端12通过GPS 定位，即可实现了对水下机器人1的定位。
[0049] 需要说明的是：发射端12和接收端13网络时钟同步，发射端12定时发送定位信 号，两个接收端13同时接受定位信号。优选采用IEEE1588网络化测量及控制系统的精确 时钟同步协议，使用硬件和软件配合，不需要额外的时钟线，使用以太网的数据线传送时钟 信号实现发射端12与接收端13的时钟同步。其中，网络时钟同步是一个标准技术。本实 用新型的水下机器人1从水面15到水底是网络构架，可以直接采用通用技术，并不需要特 别的时钟线。如果采用其他通讯协议，例如RS485,则需要专门的硬件和软件构架；
[0050] 所述发射端12和接收端13除了上述的固定连接方式，即发射端12固定在水面浮 体11上，接收端固定在水下机器人1上。其发射端12还可以固定在水下机器人1上，接收 端13固定在水面浮体11上。其发射端12和接收端13固定连接的位置可根据需要设计， 压力传感器14固定在水下机器人1上或者用于固定在接收端13所在的水面浮体11上；所 述的惯性制导固定在接收端13上；
[0051] 所述的压力传感器14实质为深度传感器，可测量水下机器人1的的深度；所述的 发射端12通过GPS定位；所述两个接收端13之间的距离相对于水下机器人1和发射端12 的距离足够小；
[0052] 所述接收端13解算方法，水下机器人1会解算出两个对称的值，此时根据水下机 器人1的运动过程以及运动过程的连续性，解算出来的值与上一时刻水下机器人1的位置 值进行比较，舍去一个值；因水下机器人1的位置是连续的，不会从一个点跳到另一个点， 所以只要某一时刻确定了水下机器人1的位置，以后的位置也就相应确定了。另外、水下机 器人1和水面浮体11是相对拖曳的关系、既水下部分先动，浮体跟随。浮体不会跑到水下 机器人1的前面，由于水面浮体11和水下机器人1处于同一流场，这一特性和水流速无关。 所以通过动力学特性可以舍弃一个解。
[0053] 本实用新型的一种水下机器人1定位系统，实现了只有一个水面15发射端12的 情况下的水下机器人1定位，省去了水面15发射端12之间数据交换的时间，减少了定位时 间，增加了可靠性；同时只需要一个发射端12,大大方便了对水下机器人1的定位，接收端 13不需要向外发射信号，结构简单，布防、校准及维护容易；发射端12和接收端13保持时 钟同步，只要定时发送定位信号，即可实现定位，操作方便了很多；两个接收端13相对位置 固定，且与发射端12时间同步，通过接收的发射端12的定位信号。反解出接收端13和发 射端12的相对位置，再根据水面15发射端12通过GPS定位的定位信号，得到定位水下接 收端13的位置；可以用于勘探、水下机器人1定位、水下机器人1导航等领域；本实用新型 的一种水下机器人1定位方法，通过接收端13解算方法，结合水面15发射端12的GPS定 位，即可定位水下机器人1的三维坐标，加之，惯性制导获得的接收端13姿态信息，获得X 方向夹角Φ、Υ方向夹角Θ和Z方向夹角Φ。
[0054] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充 也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种水下机器人定位系统，其特征在于，所述定位系统包括水下机器人、水面浮体、 发射端、接收端、压力传感器、惯性制导；所述的发射端共有一个；所述的接收端共有两个； 所述发射端和两个接收端时间同步，发射端定时发送定位信号，两个接收端同步接收定位 信号；所述的压力传感器固定在水下机器人上；所述的惯性制导固定在接收端上；所述惯 性制导测量接收端的姿态信息，其姿态信息包括X方向夹角（KY方向夹角0和Z方向夹 角边。2. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述发射端安装有声波发射器。3. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述接收端安装有接收器。4. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述发射端位置固定或者移动。5. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述接收端相对位置固定。6. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述的发射端通过GPS定位。7. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述的发射端固定在水面浮体上，接 收端固定在水下机器人上，其两个接收端之间的中心距离处安装有压力传感器。8. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述的发射端固定在水下机器人上， 接收端固定在水面浮体上，压力传感器安装在固定接收端的地方。9. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述水下机器人从水面到水底是网 络构架，采用IEEE1588网络化测量及控制系统的精确时钟同步协议。
【专利摘要】本实用新型涉及一种水下机器人定位系统，所述定位系统包括水下机器人、水面浮体、发射端、接收端、压力传感器、惯性制导；所述的发射端共有一个；所述的接收端共有两个；所述发射端和两个接收端时间同步，发射端定时发送定位信号，两个接收端同步接收定位信号；所述的压力传感器固定在水下机器人上；所述的惯性制导固定在接收端上；所述惯性制导测量接收端的姿态信息，其姿态信息包括X方向夹角φ、Y方向夹角θ和Z方向夹角ψ。其优点表现在：本实用新型的一种水下机器人定位系统，实现了只有一个水面发射端的情况下的水下机器人定位，省去了水面发射端之间数据交换的时间，减少了定位时间，增加了可靠性。
【IPC分类】G01S5/26
【公开号】CN204989457
【申请号】CN201520717586
【发明人】刘亿明, 周庆良, 袁彬, 邵翔, 孙端晨, 董团阳, 刘青阳
【申请人】欧舶智能科技（上海）有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月16日