一種水下機器人定位系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及水下機器人定位技術領域，具體地說，是一種水下機器人定位系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 21世紀是海洋的世紀，全面深入認識海洋，開發(fā)利用海洋和保護海洋具有重大意 義，其水下機器人得到了快速發(fā)展。
[0003] 水下機器人廣泛應用與海洋開發(fā)、海洋工程，及海防技術領域，使用了多種定位系 統(tǒng)來對水下目標進行定位，由于海洋環(huán)境的特殊性。通常是通過水下聲學手段，即利用聲波 脈沖對面、水中的目標進行定位，具體的實現原理是測量不同路徑傳播的聲波脈沖時間延 時或聲脈沖之間的時間差和相位差，通過相應的定位算法進行定位。
[0004] 基于聲學的定位系統(tǒng)按照水聲信號的傳播路徑主要有兩種分類：雙程模式和單程 模式。
[0005] 雙程模式又稱作應答模式，需要定位設備配置收發(fā)應答器。發(fā)射端和應答器之間 雙向收發(fā)水聲信號實現定位，單程模式又稱非應答模式，發(fā)射端和定位設備之間單向傳送 信號即可實現定位。單程定位系統(tǒng)都是信標向發(fā)射端發(fā)送信號，發(fā)射端根據接收到信號的 特征解算出信標的位置。目前的單程和雙程模式，其信標的位置解算都是在發(fā)射端或者船 基N岸基完成。
[0006] 然而基于聲學的定位系統(tǒng)有以下局限性：
[0007] 首先，定位系統(tǒng)所需部件龐大，需要多個個浮標（發(fā)射端），數據中心、海面無線 通信鏈路，定位系統(tǒng)在布防、校準和維護等方面都比較困難，費時耗資，且靈活性差，不能機 動，作用范圍有限；
[0008] 其次，多個發(fā)射端之間需要數據通信，數據交換才能解算出定位接收器的位置，增 加了布防所需的時間，降低了可靠性；
[0009] 另外，定位方法中，無論是單程模式還是雙程模式，其定位方法均是確定對水下機 器人相對與發(fā)射端的距離，對水下機器人的三維坐標姿態(tài)信息則不能進行定位。
[0010] 綜上所述，亟需一種結構簡單，布防、校準及維護容易，可靠性好的水下機器人定 位系統(tǒng)；以及一種能夠獲取水下機器人的三維坐標姿態(tài)信息的水下機器人定位方法。而關 于這種水下機器人定位系統(tǒng)目前還未見報道。

【發(fā)明內容】

[0011] 本實用新型的目的是針對現有技術中的不足，提供一種結構簡單，布防、校準及維 護容易，可靠性好的水下機器人定位系統(tǒng)。
[0012] 為實現上述目的，本實用新型采取的技術方案是：
[0013] -種水下機器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)包括水下機器人、水面浮 體、發(fā)射端、接收端、壓力傳感器、慣性制導；所述的發(fā)射端共有一個；所述的接收端共有兩 個，其兩個接收端之間的中心距離處安裝有壓力傳感器；所述發(fā)射端和兩個接收端時間同 步，發(fā)射端定時發(fā)送定位信號，兩個接收端同步接收定位信號；所述的慣性制導固定在接收 端上；所述慣性制導測量接收端的姿態(tài)信息，其姿態(tài)信息包括X方向夾角Φ、γ方向夾角Θ 和Z方向夾角Φ。
[0014] 所述發(fā)射端安裝有聲波發(fā)射器。
[0015] 所述接收端安裝有接收器。
[0016] 所述發(fā)射端位置固定或者移動。
[0017] 所述接收端相對位置固定。
[0018] 所述的發(fā)射端通過GPS定位。
[0019] 所述的發(fā)射端固定在水面浮體上，接收端固定在水下機器人上，其兩個接收端之 間的中心距離處安裝有壓力傳感器。
[0020] 所述的發(fā)射端固定在水下機器人上，接收端固定在水面浮體上，壓力傳感器安裝 在固定接收端的地方。
[0021] 所述水下機器人從水面到水底是網絡構架，采用ΙΕΕΕ1588網絡化測量及控制系 統(tǒng)的精確時鐘同步協(xié)議。
[0022] 本實用新型優(yōu)點在于：
[0023] 1、本實用新型的一種水下機器人定位系統(tǒng)，實現了只有一個水面發(fā)射端的情況下 的水下機器人定位，省去了水面發(fā)射端之間數據交換的時間，減少了定位時間，增加了可靠 性；
[0024] 2、同時只需要一個發(fā)射端，大大方便了對水下機器人的定位，接收端不需要向外 發(fā)射信號，結構簡單，布防、校準及維護容易；
[0025] 3、發(fā)射端和接收端保持時鐘同步，只要定時發(fā)送定位信號，即可實現定位，操作方 便了很多；
[0026] 4、可以用于勘探、水下機器人定位、水下機器人導航等領域；
[0027] 5、兩個接收端相對位置固定，且與發(fā)射端時間同步，通過接收的發(fā)射端的定位信 號，反解出接收端和發(fā)射端的相對位置，再根據水面發(fā)射端通過GPS定位的定位信號，得到 定位水下接收端的位置；
[0028] 6、本實用新型的一種水下機器人定位方法，通過接收端解算方法，結合水面發(fā)射 端的GPS定位，即可定位水下機器人的三維坐標，加之，慣性制導獲得的接收端姿態(tài)信息， 獲得X方向夾角Φ、Υ方向夾角Θ和Z方向夾角Φ。
【附圖說明】
[0029] 附圖1是本實用新型的一種水下機器人定位系及方法統(tǒng)框圖。
[0030] 附圖2為本實用新型的一種水下機器人定位系及方法幾何原理圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖對本實用新型提供的【具體實施方式】作詳細說明。
[0032] 附圖中涉及的附圖標記和組成部分如下所示：
[0033] L水下機器人 IL水面浮體
[0034] 12.發(fā)射端 13.接收端
[0035] 14.壓力傳感器 15.水面
[0036] 請參照圖1，圖1是本實用新型的一種水下機器人1定位系及方法統(tǒng)框圖。一種水 下機器人1定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)包括水下機器人1、水面浮體11、發(fā)射端12、接收端13、 壓力傳感器14、慣性制導；所述的發(fā)射端12固定在水面浮體11上；所述的發(fā)射端12共有 一個；所述的接收端13位于水下機器人1上；所述的接收端13共有兩個，其兩個接收端13 之間的中心距離處安裝有壓力傳感器14 ;所述發(fā)射端12和兩個接收端13時間同步，發(fā)射 端12定時發(fā)送定位信號，兩個接收端13同步接收定位信號；所述發(fā)射端12安裝有聲波發(fā) 射器；所述接收端13安裝有接收器；所述發(fā)射端12位置固定或者移動；所述接收端13相 對位置固定；所述慣性制導測量接收端13的姿態(tài)信息，其姿態(tài)信息包括X方向夾角Φ、Y方 向夾角Θ和Z方向夾角Φ。
[0037] 請參照圖2,圖2為本實用新型的一種水下機器人1定位系及方法幾何原理圖。其 發(fā)射端12標記為0,兩個接收端13位置分別標記為A、B ;壓力傳感器14的位置標記為C， 發(fā)射端120定時的發(fā)送定位信號，兩個接收端13Α、Β接收定位信號，根據接收到定位信號的 時刻和定位信號在傳輸的速度可以得到發(fā)射端120到兩個接收機Α、Β的距離分別是I 1, 12。
[0038] 根據已知的AO和BO的距離以及AB的距離可以確定滿足到A，B點距離為I1, 12的 點集合，考慮到確定的是接收端13和發(fā)射端12的相對位置，故認為點集合過點0(0, 0, 0) 的圓。
[0039] 本實用新型的一種水下機器人1定位方法，該方法包括發(fā)射端12發(fā)射定位信號、 接收端13接收發(fā)射端12定位信號并進行定位解算，接收端13解算方法具體步驟如下：
[0040] 步驟Sl，發(fā)射端12定時發(fā)送定位信號，且接收端13與發(fā)射