【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前智能水下機(jī)器人向小型化發(fā)展是其發(fā)展趨勢之一。小型水下機(jī)器人由于其體積小、機(jī)動靈活、成本低、搭載方便，在軍民用都有廣泛的應(yīng)用前景。導(dǎo)航問題仍然是水下機(jī)器人設(shè)計所面臨的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。

現(xiàn)在水下機(jī)器人導(dǎo)航常用方法有航位推算法、慣性導(dǎo)航及聲學(xué)方法等。慣導(dǎo)系統(tǒng)一般體積較大，價格昂貴，最重要的是純慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航在沒有其它傳感器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下其定位誤差將隨時間和航程累積和發(fā)散，聲學(xué)定位系統(tǒng)(長基線、短基線、超短基線等)定位精度有很大提高，其缺點(diǎn)就是作用距離有限。航位推算導(dǎo)航是一種低成本的導(dǎo)航方法，是水下機(jī)器人重要的導(dǎo)航手段，其方法簡單、經(jīng)濟(jì)，水下機(jī)器人除了配備測速儀、姿態(tài)、深度傳感器等外，只需要給定初始位置信息，通過一定的算法就可構(gòu)成具有一定精度的實(shí)時、可靠的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。微小型水下機(jī)器人受限于體積、成本、能源等限制，這對導(dǎo)航系統(tǒng)提出了更高的要求，這對構(gòu)造一種小型化組合導(dǎo)航系統(tǒng)增加了難度。導(dǎo)航系統(tǒng)一般由小型化、低成本傳感器構(gòu)成，傳感器精度較低，同時，水下機(jī)器人一般工作在特有的海洋水下環(huán)境，干擾噪聲信號大，各種水聲傳感器普遍存在精度低、野點(diǎn)率高的缺點(diǎn)，對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行較好的濾波剔出野點(diǎn)信息尤為重要。航位推算導(dǎo)航一般需要定期進(jìn)行位置校正，如果潛深較大通過浮出水面通過gps進(jìn)行位置重調(diào)，這將消耗較多能源，這對能源有限的微小型水下機(jī)器人尤其不利。同時現(xiàn)有的水下機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)普遍不存在路線仿真模擬操作，可視性差的同時，精確度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有自主式導(dǎo)航方式中，航位推算法所存在的定位誤差容易隨時間和航程累積和發(fā)散的問題。

本發(fā)明實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法，水下機(jī)器人向服務(wù)端發(fā)送攜帶預(yù)規(guī)劃航線的地理模塊請求消息；接收服務(wù)端返回的覆蓋所述預(yù)規(guī)劃航線的一個或者多個地理模塊，其中，所述地理模塊中包含現(xiàn)實(shí)環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的標(biāo)定信息，所述方法包括：

根據(jù)水下機(jī)器人配備的測速儀、姿態(tài)傳感器和深度傳感器采集的信息，以及初始位置信息，推算出航位導(dǎo)航信息；

在確認(rèn)當(dāng)前航位導(dǎo)航信息下，水下機(jī)器人處于地理模塊a中時，采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配；

根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

可選的，所述標(biāo)定信息為由圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項組成。

可選的，所述采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配，具體包括：

所述水下機(jī)器人采集周邊的圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項，并與相應(yīng)地理模塊中的標(biāo)定信息進(jìn)行逐一匹配。

可選的，所述根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率，還包括：

若匹配結(jié)果中連續(xù)與n個地理模塊所對應(yīng)的標(biāo)定信息匹配失敗，則浮出水面進(jìn)行g(shù)ps定位；

在gps定位矯正完成后，再繼續(xù)執(zhí)行對應(yīng)預(yù)規(guī)劃航線的任務(wù)。

可選的，服務(wù)端還發(fā)送所述預(yù)規(guī)劃航線上的一個或者多個浮標(biāo)的相關(guān)信息，其中，所述相關(guān)信息包括浮標(biāo)的定位信息和浮標(biāo)的聲吶參數(shù)信息。

可選的，水下機(jī)器人根據(jù)其深度傳感器的監(jiān)測參數(shù)和推算出航位導(dǎo)航信息，確定當(dāng)前航位附近是否存在可交互的浮標(biāo)，若存在可交互的浮標(biāo)，則根據(jù)所述浮標(biāo)的聲吶參數(shù)信息調(diào)整自身的接收模塊，

根據(jù)接收到聲吶信號結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

可選的，所述調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率，具體包括：

若匹配結(jié)果正確，則減少匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率；

若匹配結(jié)果不正確，則增大匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

可選的，所述地理模塊由一個或者多個水下機(jī)器人在目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中工作得到，其中，系統(tǒng)中包括具有主動聲吶功能的母船、至少一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)和所述水下機(jī)器人，

所述水下機(jī)器人用于獲取環(huán)境對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息和環(huán)境對象內(nèi)容，并發(fā)送所述第一位置信息到母船；所述母船和浮標(biāo)之間相差預(yù)設(shè)距離，母船用于獲取所述浮標(biāo)的第二位置信息；浮標(biāo)中記錄有母船聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人的聲吶反射信號反饋給母船；

所述母船還用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息、母船和浮標(biāo)采集到的水下機(jī)器人的聲吶反射信號，以及環(huán)境對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，計算得到環(huán)境對象的定位信息；并根據(jù)所述環(huán)境對象的定位信息和環(huán)境對象，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括水下機(jī)器人和服務(wù)端，具體的：

所述水下機(jī)器人向服務(wù)端發(fā)送攜帶預(yù)規(guī)劃航線的地理模塊請求消息；

所述服務(wù)端匹配所述航線和維護(hù)的地理模塊，并向所述水下機(jī)器人返回覆蓋所述航線的一個或者多個地理模塊，其中，所述地理模塊中包含現(xiàn)實(shí)環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的標(biāo)定信息：

所述水下機(jī)器人還用于根據(jù)水下機(jī)器人配備的測速儀、姿態(tài)傳感器和深度傳感器采集的信息，以及初始位置信息，推算出航位導(dǎo)航信息；在確認(rèn)當(dāng)前航位導(dǎo)航信息下，水下機(jī)器人處于地理模塊a中時，采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配；根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

可選的，所述標(biāo)定信息為由圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項組成。

可選的，所述采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配，具體包括：

所述水下機(jī)器人采集周邊的圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項，并與相應(yīng)地理模塊中的標(biāo)定信息進(jìn)行逐一匹配。

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種結(jié)合航位推算法和地理模塊識別法的自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法，相比較現(xiàn)有的單一的航位推算法容易隨時間和航程累積和發(fā)散的問題，利用地理模塊和航位推算法中的航位導(dǎo)航信息進(jìn)行匹配(包括地理模塊的標(biāo)定信息和具體航位下的環(huán)境信息)，根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整航位推算法和/或匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率，從而改善了單一航位推算法存在的定位誤差容易隨時間和航程累積和發(fā)散的問題。

另一方面，本實(shí)施例所述方法對于水下機(jī)器人的硬件成本要求不高，并且，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例所提出的地理模塊識別方法和與預(yù)規(guī)劃航線，進(jìn)一步減少水下機(jī)器人的計算量，在提高其導(dǎo)航精準(zhǔn)度的情況下，也提高了其續(xù)航能力。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種地理模塊生成的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種地理模塊生成原理示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種地理模塊生成的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種地理模塊生成的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制。

此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例1:

本發(fā)明實(shí)施例1提供了一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法，其中，水下機(jī)器人向服務(wù)端發(fā)送攜帶預(yù)規(guī)劃航線的地理模塊請求消息；接收服務(wù)端返回的覆蓋所述預(yù)規(guī)劃航線的一個或者多個地理模塊，其中，所述地理模塊中包含現(xiàn)實(shí)環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的標(biāo)定信息，如圖1所示，所述方法包括：

在步驟201中，根據(jù)水下機(jī)器人配備的測速儀、姿態(tài)傳感器和深度傳感器采集的信息，以及初始位置信息，推算出航位導(dǎo)航信息。

該推導(dǎo)過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

其中，步驟201的推算過程可以是按照預(yù)設(shè)周期進(jìn)行的，也是可以在上述各傳感器檢測到參數(shù)改變量超過各自的預(yù)設(shè)閾值時，觸發(fā)推算過程。在此，不對于其觸發(fā)方式做特殊的限定，已有的其它觸發(fā)方式均可以適用于本發(fā)明實(shí)施例中。

在步驟202中，在確認(rèn)當(dāng)前航位導(dǎo)航信息下，水下機(jī)器人處于地理模塊a中時，采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配。

其中，所述標(biāo)定信息為由圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項組成。對于所有的地理模塊，所述圖片、聲吶信息、溫度和海水流速，可以作為其共同設(shè)置的參數(shù)項，但是，不同的地理模塊其標(biāo)定信息中實(shí)際擁有內(nèi)容的參數(shù)項卻不一定都覆蓋上述5個參數(shù)項。例如：地理模塊b可能因?yàn)槠渌幒Ｓ蜉^為常規(guī)，對應(yīng)的海水流速沒有什么異常，因此，其海水流速可能就為空；而地理模塊c會因?yàn)槠渌幒Ｓ驗(yàn)楹５谆鹕娇诟浇?，則相應(yīng)的海水流速參數(shù)項或者溫度參數(shù)項會被賦值為某一特定值，用于標(biāo)定該特殊地域。

其中，在進(jìn)行步驟202中的采集動作時，通?？梢詫⒂糜诓杉母鱾鞲衅鞯墓ぷ鞴β氏鄳?yīng)調(diào)高，例如：若地理模塊相應(yīng)的標(biāo)定信息中包含圖片，則表明其環(huán)境信息中包含較為獨(dú)特的對象，此時，照明燈的工作功率則可以相應(yīng)的調(diào)高，從而能夠保證所采集到的環(huán)境信息盡可能的全面，也為后續(xù)的匹配過程增加了準(zhǔn)確度。

在步驟203中，根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

所述補(bǔ)償系數(shù)根據(jù)計算得到的當(dāng)前推算出航位導(dǎo)航信息和地理模塊標(biāo)定信息之間相對于理論預(yù)規(guī)劃航線和地理模塊標(biāo)定信息之間的誤差值，計算相對于經(jīng)緯度的偏移量，并根據(jù)兩次校對的間隔距離，計算得到水下機(jī)器人單位移動距離的補(bǔ)償量。所述補(bǔ)償量將參與下一輪的推算出航位導(dǎo)航信息過程。

所述調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率的值和匹配的正確率成反比，即正確率越高則頻率越低、正確率越低則平率越高。兩者之間的比例關(guān)系可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者水下機(jī)器人的計算能設(shè)定，在此不做特殊限定。

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種結(jié)合航位推算法和地理模塊識別法的自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法，相比較現(xiàn)有的單一的航位推算法容易隨時間和航程累積和發(fā)散的問題，利用地理模塊和航位推算法中的航位導(dǎo)航信息進(jìn)行匹配(包括地理模塊的標(biāo)定信息和具體航位下的環(huán)境信息)，根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整航位推算法和/或匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率，從而改善了單一航位推算法存在的問題。

另一方面，本實(shí)施例所述方法對于水下機(jī)器人的硬件成本要求不高，并且，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例所提出的地理模塊識別方法和與預(yù)規(guī)劃航線，進(jìn)一步減少水下機(jī)器人的計算量，在提高其導(dǎo)航精準(zhǔn)度的情況下，也提高了其續(xù)航能力。

在本發(fā)明實(shí)施例中，處理模塊a的描述僅僅是為了便于理解當(dāng)前航位導(dǎo)航信息下的限定條件，因此，標(biāo)注內(nèi)容a并沒有特殊的限定作用，在實(shí)際情況下也可以利用阿拉伯?dāng)?shù)字或者其它字母組合進(jìn)行稱呼和標(biāo)定。

在本發(fā)明實(shí)施例中，對于步驟202中執(zhí)行的，所述采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配，具體實(shí)現(xiàn)的方式包括：

所述水下機(jī)器人采集周邊的圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項，并與相應(yīng)地理模塊中的標(biāo)定信息進(jìn)行逐一匹配。若當(dāng)中有一項或者多項是當(dāng)前水下機(jī)器人所不具備的，則可跳過相應(yīng)的參數(shù)項的匹配。

在本發(fā)明實(shí)施例中，對于步驟203中執(zhí)行的根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率，還存在一種實(shí)現(xiàn)的可能，即在步驟202中：

若匹配結(jié)果中連續(xù)與n個地理模塊所對應(yīng)的標(biāo)定信息匹配失敗，則浮出水面進(jìn)行g(shù)ps定位；其中，n為自然數(shù)。所述n的參數(shù)值的設(shè)定可以根據(jù)單一地理模塊所覆蓋的面積大小進(jìn)行調(diào)整，若單一地理模塊所覆蓋的面積越大，則相應(yīng)的n可以設(shè)置的較小，從而能夠保證經(jīng)由相應(yīng)個數(shù)的地理模塊匹配失敗后能夠盡快的矯正當(dāng)前的航線。在gps定位矯正完成后，再繼續(xù)執(zhí)行對應(yīng)預(yù)規(guī)劃航線的任務(wù)。

在具體實(shí)現(xiàn)時，除了可以采用實(shí)施例1所述的結(jié)合航位推算法和地理模塊識別法來完成自主導(dǎo)航矯正外，還可以進(jìn)一步結(jié)合上述矯正失敗情況下進(jìn)行浮出水面gps定位矯正的輔助手段進(jìn)一步提高本發(fā)明實(shí)施例方法的在執(zhí)行過程中的魯棒性。但是，將水下機(jī)器人浮出水面進(jìn)行g(shù)ps定位矯正的話，對于水下機(jī)器人的能源損耗是較大的，并且會影響預(yù)估的水下機(jī)器人完成任務(wù)的時間和水下機(jī)器人的續(xù)航能力。因此，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，還存在一種可組合的導(dǎo)航方法，具體的，服務(wù)端除了返回實(shí)施例1中的一個或者多個地理模塊外，還返回所述預(yù)規(guī)劃航線上和與所述航線相鄰的一個后者多個浮標(biāo)的相關(guān)信息，其中，所述相關(guān)信息包括浮標(biāo)的定位信息和浮標(biāo)的聲吶參數(shù)信息。在具體執(zhí)行過程中，如圖2所示，所述方法還包括以下執(zhí)行步驟：

在步驟301中，水下機(jī)器人根據(jù)其深度傳感器的監(jiān)測參數(shù)和推算出航位導(dǎo)航信息，確定當(dāng)前航位附近是否存在可交互的浮標(biāo)，若存在可交互的浮標(biāo)，則根據(jù)所述浮標(biāo)的聲吶參數(shù)信息調(diào)整自身的接收模塊。

在步驟302中，根據(jù)接收到聲吶信號結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

其中，步驟301-步驟302的執(zhí)行可以是和步驟202-步驟203組合實(shí)現(xiàn)，其組合方式可以是松耦合的形式，即步驟202-步驟203和步驟301-302并行執(zhí)行，當(dāng)滿足步驟202中條件“水下機(jī)器人處于地理模塊a中時”時，則執(zhí)行完步驟202和步驟203；當(dāng)滿足步驟301中條件確定當(dāng)前航位附近存在可交互的浮標(biāo)時，則執(zhí)行完步驟301和步驟302。除此以外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了另一種緊耦合的形式，即步驟202-203的執(zhí)行過程與步驟301-步驟302的執(zhí)行過程是互斥的，即在步驟202-203成功執(zhí)行完畢時，則短時間內(nèi)關(guān)閉步驟301中對于其當(dāng)前航位附近是否存在可交互的浮標(biāo)的判斷，從而可以避免導(dǎo)航信息的重復(fù)校對。

因此，結(jié)合上述步驟301-步驟302的實(shí)現(xiàn)方式，還存在一種優(yōu)選的組合實(shí)現(xiàn)形式，即對于上述“若匹配結(jié)果中連續(xù)與n個地理模塊所對應(yīng)的標(biāo)定信息匹配失敗，則浮出水面進(jìn)行g(shù)ps定位”的實(shí)現(xiàn)過程，將因?yàn)樗霾襟E301-步驟302的組合實(shí)現(xiàn)而被調(diào)整為：

若匹配結(jié)果中連續(xù)與n個地理模塊所對應(yīng)的標(biāo)定信息匹配失敗，并且其間沒有執(zhí)行所述步驟301-302，則浮出水面進(jìn)行g(shù)ps定位；

若匹配結(jié)果中連續(xù)與n個地理模塊所對應(yīng)的標(biāo)定信息匹配失敗，但是，其間執(zhí)行所述步驟301-302，并且成功矯正了導(dǎo)航信息，則重置對應(yīng)所述n的累計參數(shù)值。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，為了進(jìn)一步的提高校準(zhǔn)過程的動態(tài)性和靈活性，所述動態(tài)性和靈活性也針對不同硬件配置的水下機(jī)器人，例如：水下機(jī)器人b的配置比水下機(jī)器人a的配置高，那么就可以相應(yīng)的減少匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。另一方面，所述調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率，還可以通過計算正確度的高低進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)整，具體包括：

若匹配結(jié)果正確，則減少匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率；

若匹配結(jié)果不正確，則增大匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，還提供了一種地理模塊的生成方法，具體的如圖所示，所述地理模塊由一個或者多個水下機(jī)器人在目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中工作得到，其中，系統(tǒng)中包括具有主動聲吶功能的母船、至少一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)和所述水下機(jī)器人，

所述水下機(jī)器人用于獲取環(huán)境對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息和環(huán)境對象的內(nèi)容，并發(fā)送所述第一位置信息到母船；所述母船和浮標(biāo)之間相差預(yù)設(shè)距離，母船用于獲取所述浮標(biāo)的第二位置信息；浮標(biāo)中記錄有母船聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人的聲吶反射信號反饋給母船；

所述母船還用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息、母船和浮標(biāo)采集到的水下機(jī)器人的聲吶反射信號，以及環(huán)境對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，計算得到環(huán)境對象的定位信息；并根據(jù)所述環(huán)境對象的定位信息和環(huán)境對象的內(nèi)容，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1中介紹了如何利用地理模塊進(jìn)行導(dǎo)航信息矯正的方法，本發(fā)明實(shí)施例則是從如何建立服務(wù)端維護(hù)的地理模塊的方面進(jìn)行闡述。在本發(fā)明實(shí)施例中所述地理模塊由一個或者多個水下機(jī)器人在目標(biāo)定位識別系統(tǒng)中工作得到，如圖3所示，系統(tǒng)中包括具有主動聲吶功能的母船1、至少一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)2和水下機(jī)器人3，所述水下機(jī)器人3可以是采用專業(yè)用于采集地理信息的設(shè)備，也可以是采用如實(shí)施例1中介紹的用于執(zhí)行其它任務(wù)的設(shè)備，兩者的區(qū)別可能在于傳感器的檢測范圍和檢測精度上，但是，兩者存在的共性是均能完成自身的定位和環(huán)境對象的內(nèi)容的獲取。但是，作為本發(fā)明實(shí)施例的水下機(jī)器人還需要其具備獲取環(huán)境對象(例如：海底山體結(jié)構(gòu))相對自身第一位置信息的能力。具體闡述如下：

所述水下機(jī)器人3用于獲取環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，并發(fā)送所述第一位置信息到母船1；所述母船1和浮標(biāo)2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述浮標(biāo)2的第二位置信息；浮標(biāo)2中記錄有母船1聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人3的聲吶反射信號反饋給母船1；

所述母船1還用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)2的第二位置信息、母船1和浮標(biāo)2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號，以及環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計算得到環(huán)境對象4的定位信息；并根據(jù)所述環(huán)境對象4的定位信息和環(huán)境對象4，依據(jù)地理模塊大小的設(shè)定，生成一個或者多個地理模塊。

在本發(fā)明各實(shí)施例中，所述環(huán)境對象包括巖石、海底山體、珊瑚和海溝等，若水下機(jī)器人不采取合理的避讓就會對水下機(jī)器人產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性破壞的對象。而對于其它水下生物的避讓則可以依托水下機(jī)器人自身安裝的傳感設(shè)備進(jìn)行(例如聲吶設(shè)備和攝像頭設(shè)備等)。為了進(jìn)一步簡化本發(fā)明實(shí)施例中使用地理模塊給傳輸通道帶來的帶寬壓力，可以將本實(shí)施例中水下機(jī)器人采集到?jīng)]有環(huán)境對象的區(qū)域(例如傳感器可檢測范圍內(nèi)沒有上述環(huán)境對象，而只有海水的情況)所對應(yīng)的地理模塊標(biāo)注為空或者以簡單的標(biāo)識符表明其對應(yīng)區(qū)域無環(huán)境對象，從而極大程度上簡化實(shí)施例1中服務(wù)端與水下機(jī)器人之間的地理模塊傳輸所需的帶寬。

本發(fā)明實(shí)施例所述環(huán)境對象是較為原始的信息，它可能是環(huán)境對象的圖片、環(huán)境對象的聲吶反饋信號，也可能是環(huán)境對象的一小部分；相比較實(shí)施例1中描述的環(huán)境對象，則是服務(wù)端通過接收到的來自一個或者多個水下機(jī)器人反饋的環(huán)境對象和定位信息解析得到的。例如：服務(wù)端會根據(jù)接收到的多組對應(yīng)于同一環(huán)境對象的定位信息和環(huán)境對象，通過建模的方式還原出完成的環(huán)境對象，并分析出環(huán)境對象的環(huán)境信息(包括環(huán)境對象的類型、環(huán)境對象的結(jié)構(gòu)和環(huán)境對象的大小)，并將相應(yīng)信息配置給構(gòu)成搜索環(huán)境對象的多個地理模塊。

其中，所述地理模塊為預(yù)設(shè)形狀的單元，地理模塊內(nèi)部包含現(xiàn)實(shí)環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的環(huán)境對象。所述地理模塊大小的是根據(jù)所述水下機(jī)器人所具備的傳感設(shè)備在海中所能檢測到的范圍區(qū)域來設(shè)定的，其形狀可以是正六邊形、矩形或者是其它可以由所述檢測到的范圍區(qū)域裁剪出來，并可供完成拼接的圖形。例如圖4所示(圖中并未按照比例示出，實(shí)際探測距離可能遠(yuǎn)大于水下機(jī)器人的尺寸)，其中，水下機(jī)器人的外形為圖中3所示，其傳感器所能檢測的范圍如圖中標(biāo)注的31所示，而裁剪出的地理模型為圖中標(biāo)注的32所示。實(shí)際情況中，因?yàn)樗聶C(jī)器人是處于運(yùn)動狀態(tài)的(例如：水平運(yùn)動)，因此，地理模型的長度理論上可以在一連續(xù)長度上任意的設(shè)定并完成截取。

實(shí)施例3：

本發(fā)明實(shí)施例是實(shí)施例2所述方案在具體實(shí)現(xiàn)場合下的一種系統(tǒng)組合形式，在本實(shí)施例中所述浮標(biāo)2具體數(shù)量為一個，所述水下機(jī)器人3上設(shè)置有水深傳感器。如圖5所示在本實(shí)施中，所述系統(tǒng)包括具有主動聲吶功能的母船1、一個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)2和水下機(jī)器人3，其中，所述水深傳感器用于反饋水下機(jī)器人3到海面的垂直距離；水下機(jī)器人3將所述垂直距離反饋給母船1；

所述水下機(jī)器人3用于獲取環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息；并向母船1發(fā)送所述第一位置信息。

所述母船1和浮標(biāo)2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述浮標(biāo)2的第二位置信息；

所述母船1和浮標(biāo)2之間建立有第二通訊鏈路，其中，浮標(biāo)2中記錄有母船1聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人3的聲吶反射信號通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1；

所述母船1用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、水下機(jī)器人3的垂直距離、浮標(biāo)2的第二位置信息、母船1和浮標(biāo)2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號，以及環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計算得到環(huán)境對象的定位信息。

本發(fā)明實(shí)施例不僅利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，而且利用了水下機(jī)器人中配備的水深傳感器，簡化了水下機(jī)器人和浮標(biāo)的設(shè)計需求，以及浮標(biāo)數(shù)量的配置需求(僅需要一個即可)。并利用由母船、浮標(biāo)和水下機(jī)器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機(jī)器人和環(huán)境對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計算得到環(huán)境對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機(jī)器人作為等價與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動聲吶源，本發(fā)明實(shí)施例能夠提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力，并且減少水下機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機(jī)器人的制造成本。

在本實(shí)施例中，將結(jié)合圖5所示布局圖，闡述如何根據(jù)自身的第三位置信息、水下機(jī)器人3的垂直距離、浮標(biāo)2的第二位置信息、母船1和浮標(biāo)2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號，以及環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計算得到環(huán)境對象的定位信息。

如圖5所示，假設(shè)水下機(jī)器人所在位置(圖5中以字母c標(biāo)注)投影到海平面的位置為o，則所示水下機(jī)器人3的垂直距離為oc，母船1采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號可以計算得到母船1與水下機(jī)器人3之間距離ac，而浮標(biāo)2采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號可以計算得到浮標(biāo)2與水下機(jī)器人3之間的距離bc，其中，位置a和位置b是初始狀態(tài)下已經(jīng)獲取位置信息，為已知量。此時，可以通過ac和oc計算得到ao，通過bc和oc計算得到bo，在三角形三邊ab、ao和bo都已知情況下，便可以計算得到∠bao。于是便可得到根據(jù)a點(diǎn)定位信息得到o點(diǎn)定位信息，并根據(jù)垂直距離oc，得到第一定位子系統(tǒng)中水下機(jī)器人的第四位置信息。其中，第二定位子系統(tǒng)中環(huán)境對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息可以通過雙目識別原理，配合第二聲吶收發(fā)器32檢測到的環(huán)境對象相對于水下機(jī)器人的相對距離，利用透視算法計算得到。綜合上述水下機(jī)器人的第四位置信息和環(huán)境對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，便可以計算得到環(huán)境對象的定位信息。

在本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)設(shè)距離優(yōu)選的根據(jù)水下機(jī)器人所要工作的水深深度、水下機(jī)器人工作的區(qū)域范圍，以及母船1和浮標(biāo)2上聲吶設(shè)備的最佳工作距離計算得到。

實(shí)施例4：

本發(fā)明實(shí)施例是實(shí)施例1所述方案在具體實(shí)現(xiàn)場合下的一種系統(tǒng)組合形式，在本實(shí)施例中所述浮標(biāo)2具體數(shù)量為兩個或者兩個以上(在本實(shí)施例中以兩個為例進(jìn)行闡述)。本實(shí)施例突出的適用于水下機(jī)器人中沒有配置水深傳感器的情況，或者浮標(biāo)2數(shù)量比較充足希望能夠更準(zhǔn)確的計算得到目標(biāo)對象定位信息的場合。在本實(shí)施例中所述浮標(biāo)2具體數(shù)量為兩個或者兩個以上，以所述兩個或者兩個以上的浮標(biāo)2和母船1的聲吶設(shè)備作為參考點(diǎn)，其中，各參考點(diǎn)在水面上構(gòu)成等邊圖形。如圖6所示在本實(shí)施中，所述系統(tǒng)包括具有主動聲吶功能的母船1、兩個具有被動聲吶功能的浮標(biāo)2和水下機(jī)器人3，

所述水下機(jī)器人3用于獲取環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息；并向所述母船1發(fā)送所述第一位置信息。

所述母船1和浮標(biāo)2之間相差預(yù)設(shè)距離，母船1用于獲取所述浮標(biāo)2的第二位置信息；

所述母船1和浮標(biāo)2之間建立有第二通訊鏈路，其中，浮標(biāo)2中記錄有母船1聲吶信號的相關(guān)參數(shù)，并將采集到的來自水下機(jī)器人3的聲吶反射信號通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1；

所述母船1用于根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息(包括浮標(biāo)2和浮標(biāo)21)、母船1和各浮標(biāo)采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號，以及環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計算得到目標(biāo)對象的定位信息。

本發(fā)明實(shí)施例充分利用了母船自身的續(xù)航能力，以及其配備的聲吶設(shè)備功能，簡化了水下機(jī)器人和浮標(biāo)的設(shè)計需求，并利用由母船、浮標(biāo)和水下機(jī)器人構(gòu)建起來的第一定位子系統(tǒng)，以及由水下機(jī)器人和目標(biāo)對象構(gòu)建起來的第二定位子系統(tǒng)，由母船或者陸地服務(wù)器計算得到目標(biāo)對象的定位信息，所述定位信息包括經(jīng)緯度信息、水深信息等等。相比較現(xiàn)有技術(shù)中采用的由水下機(jī)器人作為等價與所述第一定位子系統(tǒng)中的主動聲吶源，本發(fā)明實(shí)施例能夠提高水下機(jī)器人的續(xù)航能力，并且減少水下機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理量，從側(cè)面降低了水下機(jī)器人的制造成本。另一方面，還能通過多浮標(biāo)構(gòu)成的檢測系統(tǒng)，進(jìn)一步提高最終計算得到的目標(biāo)對象的定位信息。

在本實(shí)施例中，將結(jié)合圖6所示結(jié)構(gòu)示意圖，闡述如何根據(jù)所述用于根據(jù)自身的第三位置信息、浮標(biāo)的第二位置信息(包括浮標(biāo)2和浮標(biāo)21)、母船1和各浮標(biāo)采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號，以及環(huán)境對象4相對于水下機(jī)器人3的第一位置信息，計算得到目標(biāo)對象的定位信息。

如圖6所示，根據(jù)母船的第三位置信息和浮標(biāo)的第二位置信息(包括圖中浮標(biāo)2和浮標(biāo)21)計算得到三角形abd各邊的長度，根據(jù)母船1和各浮標(biāo)采集到的水下機(jī)器人3的聲吶反射信號分別計算得到ab、bc和dc的長度，此時，便可以構(gòu)建錐形c-abd模型，并根據(jù)錐形模型計算得到水下機(jī)器人3相對于母船1所在位置a的位置偏移量，從而得到所述第四位置信息。其中，第二定位子系統(tǒng)中目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息可以通過雙目識別原理，配合第二聲吶收發(fā)器32檢測到的目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的相對距離，利用透視算法計算得到。綜合上述水下機(jī)器人的第四位置信息和目標(biāo)對象相對于水下機(jī)器人的第一位置信息，便可以計算得到目標(biāo)對象的定位信息。

在本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)設(shè)距離優(yōu)選的根據(jù)水下機(jī)器人所要工作的水深深度、水下機(jī)器人工作的區(qū)域范圍，以及母船1和浮標(biāo)2上聲吶設(shè)備的最佳工作距離計算得到。

實(shí)施例5：

本發(fā)明實(shí)施例提供還提供了一種自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航系統(tǒng)，如圖7所示，系統(tǒng)中包括水下機(jī)器人3和服務(wù)端5。所述服務(wù)端5可以是位于地面上的服務(wù)器5(如圖7所示)，也可以采用水面上的母船5作為服務(wù)端5(如圖8所示)，因具體的場合可以采用上述不同的組合方式，具體的：

所述水下機(jī)器人向服務(wù)端發(fā)送攜帶預(yù)規(guī)劃航線的地理模塊請求消息。

其中，所述預(yù)規(guī)劃航線可以是1)操作人員直接在水下機(jī)器人操作界面上設(shè)置，或者是2)通過數(shù)據(jù)線經(jīng)由與水下機(jī)器人連接的個人pc導(dǎo)入，還可以是3)由服務(wù)端操作人員直接遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)置。

所述服務(wù)端匹配所述航線和維護(hù)的地理模塊，并向所述水下機(jī)器人返回覆蓋所述航線的一個或者多個地理模塊，其中，所述地理模塊中包含現(xiàn)實(shí)環(huán)境中相應(yīng)區(qū)域的標(biāo)定信息。本發(fā)明實(shí)施例所述水下機(jī)器人的操作方式，適合于上述第1)種和第2)種情況，而對于第3中情況服務(wù)端可以直接向水下機(jī)器人發(fā)送航線信息和對應(yīng)所述航線的一個或者多個地理模塊。

所述水下機(jī)器人還用于根據(jù)水下機(jī)器人配備的測速儀、姿態(tài)傳感器和深度傳感器采集的信息，以及初始位置信息，推算出航位導(dǎo)航信息；在確認(rèn)當(dāng)前航位導(dǎo)航信息下，水下機(jī)器人處于地理模塊a中時，采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配；根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整用于計算航位導(dǎo)航信息的補(bǔ)償參數(shù)和/或調(diào)整匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率。

在本發(fā)明實(shí)施例中，處理模塊a的描述僅僅是為了便于理解當(dāng)前航位導(dǎo)航信息下的限定條件，因此，標(biāo)注內(nèi)容a并沒有特殊的限定作用，在實(shí)際情況下也可以利用阿拉伯?dāng)?shù)字或者其它字母組合進(jìn)行稱呼和標(biāo)定。

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種結(jié)合航位推算法和地理模塊識別法的自主式水下機(jī)器人組合導(dǎo)航方法，相比較現(xiàn)有的單一的航位推算法容易隨時間和航程累積和發(fā)散的問題，利用地理模塊和航位推算法中的航位導(dǎo)航信息進(jìn)行匹配(包括地理模塊的標(biāo)定信息和具體航位下的環(huán)境信息)，根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整航位推算法和/或匹配計算航位導(dǎo)航信息和地理模塊中標(biāo)定信息的頻率，從而改善了單一航位推算法存在的問題。

另一方面，本實(shí)施例所述方法對于水下機(jī)器人的硬件成本要求不高，并且，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例所提出的地理模塊識別方法和與預(yù)規(guī)劃航線，進(jìn)一步減少水下機(jī)器人的計算量，在提高其導(dǎo)航精準(zhǔn)度的情況下，也提高了其續(xù)航能力。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述標(biāo)定信息為由圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項組成。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述采集周邊的環(huán)境信息，并與所述地理模塊a中的標(biāo)定信息進(jìn)行匹配，具體包括：

所述水下機(jī)器人采集周邊的圖片、聲吶信息、溫度、海水流速中的一項或者多項，并與相應(yīng)地理模塊中的標(biāo)定信息進(jìn)行逐一匹配。其中具體匹配方式可以參考實(shí)施例1中展開描述內(nèi)容，在此不一一贅述。

值得說明的是，上述裝置和系統(tǒng)內(nèi)的模塊、單元之間的信息交互、執(zhí)行過程等內(nèi)容，由于與本發(fā)明的處理方法實(shí)施例1基于同一構(gòu)思，具體內(nèi)容可參見本發(fā)明方法實(shí)施例1中的敘述，此處不再贅述。

在本發(fā)明實(shí)施例中，為了應(yīng)對更為復(fù)雜的環(huán)境，所述服務(wù)端還可以具備更強(qiáng)大的分析能力。例如：當(dāng)一個地理模塊中具備的標(biāo)定信息為多個和/或多種時，服務(wù)端還會接收到當(dāng)前進(jìn)行任務(wù)的水下機(jī)器人的性能參數(shù)，并根據(jù)當(dāng)前進(jìn)行任務(wù)的水下機(jī)器人所具備的、可供匹配的標(biāo)定信息參數(shù)項，對所述地理模塊中的多個標(biāo)定信息進(jìn)行篩選，將適合與當(dāng)前進(jìn)行任務(wù)的水下機(jī)器人的標(biāo)定信息發(fā)送給所述水下機(jī)器人。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：只讀存儲器(rom，readonlymemory)、隨機(jī)存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。