一種水下機器人目標定位識別方法和系統與流程

【技術領域】

本發明涉及水下機器人技術領域，特別是涉及一種水下機器人目標定位識別方法和系統。

背景技術：

水下機器人一般可以分為兩大類：一類是有纜水下機器人；另一類是無纜水下機器人。此外，按使用的目的分，有水下調查機器人(例如：觀測、測量、試驗材料的收集等)和水下作業機器人(例如：水下焊接、擰管子、水下建筑、水下切割等作業)；按活動場所分，有海底機器人和水中機器人。

但是，無論哪一種應用領域，水下機器人的定位都是非常重要的。同時水下機器人在遇到水下目標時，對水下目標類型的判斷也相當關鍵。水下機器人的定位信息能夠幫助操控方了解水下機器人的工作進度，從而對當前的工作進展和未來的工作安排有一個提前判斷，水下目標類型的判斷能夠幫助操控方了解水下狀況，從而確定是否尋找到期望目標。但是，由于水下無線傳輸的局限性，gps信號無法傳送到水下，現有技術中缺少水下機器人定位的有效手段，更缺少將水下機器人定位和水下目標類型判斷有機結合的智能化控制系統。

發明人檢索并研究了現有的相關技術，其中，以專利號為201410506360.9，專利名稱為《水下機器人目標定位識別系統》的發明專利來說，雖然提出了一種水下機器人目標定位識別系統，但是，其實現方式是基于水下機器人的主動聲吶過程來完成的，這種方式不僅增加了水下機器人自身的工作負荷，為了保證能夠接收到其浮標的聲吶反射信號，水下機器人需要消耗大量的能量在定位上，這對于長時間水下工作的機器人來說是較大的問題，現有技術中也并沒有提出一種有效的解決方案，在水下機器人不具備大功率聲吶設備情況下，如何完成水下目標的定位識別。

技術實現要素：

本發明實施例要解決的技術問題是如何在水下機器人不具備大功率聲吶設備情況下，完成水下目標的定位識別。

本發明實施例采用如下技術方案：

第一方面，本發明實施例提供了一種水下機器人目標定位識別系統，在系統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微型無人船和水下機器人，

所述水下機器人上設置有目標識別子系統和控制子系統，所述目標識別子系統用于獲取目標對象相對于水下機器人的第一位置信息；所述控制子系統與所述母船建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發送所述第一位置信息；

所述母船和微型無人船之間相差預設距離，母船用于獲取所述微型無人船的第二位置信息；

所述母船和微型無人船之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船中記錄有母船聲吶信號的相關參數，并將采集到的來自水下機器人的聲吶反射信號通過所述第二通訊鏈路反饋給母船；

所述母船用于采集來自水下機器人的聲吶反射信號，所述母船還用于根據自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船分別采集到的水下機器人的聲吶反射信號，以及目標對象相對于水下機器人的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數量為一個，所述水下機器人上設置有水深傳感器；其中，所述水深傳感器用于反饋水下機器人到海面的垂直距離；水下機器人將所述垂直距離反饋給母船；

母船用于根據所述用于根據自身的第三位置信息、水下機器人的垂直距離、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船采集到的水下機器人的聲吶反射信號，以及目標對象相對于水下機器人的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數量為兩個或者兩個以上，以所述兩個或者兩個以上的微型無人船和母船的聲吶設備作為參考點，其中，各參考點在水面上構成等邊圖形。

可選的，所述目標識別子系統包括第二聲吶收發器和雙攝像頭，所述第二聲吶收發器用于獲取水下機器人到目標對象的目標距離，所述雙攝像頭用于采集目標對象場景；所述水下機器人還根據所述目標距離和目標對象場景，并通過透視算法計算出目標對象相對于水下機器人的第一位置信息。

第二方面，本發明實施例提供了一種水下機器人目標定位識別方法，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微型無人船和水下機器人，方法包括：

控制母船和/或微型無人船，使得母船和微型無人船之間相差預設距離，母船獲取所述微型無人船的第二位置信息；

所述水下機器人獲取目標對象相對于水下機器人的第一位置信息，并將所述第一位置信息發送給所述母船；

所述微型無人船中記錄有母船聲吶信號的相關參數，并根據所述相關參數將采集到的來自水下機器人的聲吶反射信號反饋給母船；其中，所述聲吶反射信號由母船發射出的聲吶信號遇到所述水下機器人后反射產生；

所述母船用于采集來自水下機器人的聲吶反射信號，所述母船還用于根據自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船分別采集到的水下機器人的聲吶反射信號和所述第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數量為一個，所述水下機器人上設置有水深傳感器；其中，所述水深傳感器用于反饋水下機器人到海面的垂直距離；水下機器人將所述垂直距離反饋給母船；

母船用于根據所述用于根據自身的第三位置信息、水下機器人的垂直距離、微型無人船的第二位置信息、母船和微型無人船采集到的水下機器人的聲吶反射信號，以及目標對象相對于水下機器人的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

可選的，所述微型無人船具體數量為兩個或者兩個以上，以所述兩個或者兩個以上的微型無人船和母船的聲吶設備作為參考點，其中，各參考點在水面上構成等邊圖形。

可選的，所述水下機器人包括第二聲吶收發器和雙攝像頭，所述第二聲吶收發器用于獲取水下機器人到目標對象的目標距離，所述雙攝像頭用于采集目標對象場景；所述水下機器人根據所述目標距離和目標對象場景，并通過透視算法計算出目標對象相對于水下機器人的第一位置信息。

可選的，所述母船和微型無人船采集到的水下機器人的聲吶反射信號包括回波接收時間、回波波前法線和/或回波信號與發射信號之間的頻移；其中，母船和/或微型無人船通過回波信號與發射信號問的時延確定目標的距離，由回波波前法線方向可確定目標的方向，由回波信號與發射信號之間的頻移確定目標的徑向速度。

可選的，所述微型無人船的第二位置信息是由所述母船發射的雷達信號檢測得到；或者在所述微型無人船上安裝有gps定位模塊時，由所述微型無人船上報其gps定位模塊檢測得到的第二位置信息。

本發明實施例充分利用了母船自身的續航能力，以及其配備的聲吶設備功能，簡化了水下機器人和微型無人船的設計需求，并利用由母船、微型無人船和水下機器人構建起來的第一定位子系統，以及由水下機器人和目標對象構建起來的第二定位子系統，由母船或者陸地服務器計算得到目標對象的定位信息，所述定位信息包括經緯度信息、水深信息等等。相比較現有技術中采用的由水下機器人作為等價與所述第一定位子系統中的主動聲吶源，本發明實施例能夠在保障水下機器人目標定位識別準確度的前提下，提高水下機器人的續航能力，并且減少水下機器人的數據處理量，從側面降低了水下機器人的制造成本。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明實施例提供的一種水下機器人目標定位識別系統示意圖；

圖2是本發明實施例提供的水下機器人功能結構示意圖；

圖3是本發明實施例提供的一種計算預設距離的原理示意圖；

圖4是本發明實施例提供的另一種水下機器人目標定位識別系統示意圖；

圖5是本發明實施例提供的另一種水下機器人目標定位識別系統示意圖；

圖6是本發明實施例提供的一種水下機器人目標定位識別方法流程圖。

【具體實施方式】

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

在本發明的描述中，術語“內”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不應當理解為對本發明的限制。

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

實施例1:

本發明實施例1提供了一種水下機器人目標定位識別系統，如圖1所示，在系統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微型無人船2和水下機器人3，其中，微型無人船的數量具體可以是兩個或者多個，微型無人船數量的增加可以一定程度上提高最終目標對象定位信息計算的準確度。

所述水下機器人3上設置有目標識別子系統311和控制子系統312(如圖2所示)，所述目標識別子系統311用于獲取目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息；所述控制子系統312與所述母船1建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發送所述第一位置信息。其中，第一通訊鏈路可以是hf(highfrequency，工作頻段在3-30mhz)無線電鏈路、vhf(veryhighfrequency，工作頻段在30-300mhz)無線電鏈路、uhf(ultrahighfrequency，工作頻段在300mhz-3ghz)無線電鏈路，或者衛星通信鏈路。

所述母船1和微型無人船2之間相差預設距離，母船1用于獲取所述微型無人船2的第二位置信息。其中，預設距離通常根據檢測環境(即水面區域大小、檢測對象的水深深度等)、聲吶設備的檢測精確度。在認為海平面為平面的模型中，本發明實施例中母船1與微型無人船2相差的距離越大，最后計算得到的誤差越小。但是，實際情況中海平面是曲面，因此，所述預設距離要小于1*地球周長/360＝111公里。但是，實際測量范圍通常沒有這么遠，因此，預設距離優選的根據水下機器人所要工作的水深深度、水下機器人工作的區域范圍，以及母船1和微型無人船2上聲吶設備的最佳工作距離計算得到。例如聲吶的最佳工作距離為5公里，而水下機器人本輪的工作區域為半徑為1公里的圓行區域，并且距離海平面1公里，則為了保證聲吶設備處于最佳工作距離范圍內，所述預設距離約為2公里。其計算原理圖如圖3所示，根據圖3中a+b小于5求解得到x值約為2.5公里。其中，a為母船位置、b為微型無人船位置、c為水下機器人工作區域中相對于微型無人船b的最遠位置。實際預設距離的參數值應該進一步考慮反射過程中吸收量，因此，在該實例中的預設距離約為2公里。

所述母船1和微型無人船2之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號的相關參數，并將采集到的來自水下機器人3的聲吶反射信號通過所述第二通訊鏈路反饋給母船1。其中，第二通訊鏈路可以是無線通訊鏈路、衛星通信鏈路等。

所述母船1還用于根據自身的第三位置信息、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

本發明實施例充分利用了母船自身的續航能力，以及其配備的聲吶設備功能，簡化了水下機器人和微型無人船的設計需求，并利用由母船、微型無人船和水下機器人構建起來的第一定位子系統，以及由水下機器人和目標對象構建起來的第二定位子系統，由母船或者陸地服務器計算得到目標對象的定位信息，所述定位信息包括經緯度信息、水深信息等等。相比較現有技術中采用的由水下機器人作為等價與所述第一定位子系統中的主動聲吶源，本發明實施例能夠提高水下機器人的續航能力，并且減少水下機器人的數據處理量，從側面降低了水下機器人的制造成本。

在本發明實施例目標識別子系統311具體實現方式中，可以采用如圖2所示結構，包括第二聲吶收發器32和雙攝像頭31，所述第二聲吶收發器32用于獲取水下機器人3到目標對象4的目標距離，所述雙攝像頭31用于采集目標對象4場景；所述水下機器人3還根據所述目標距離和目標對象4場景，并通過透視算法計算出目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息。

在本發明實施例中，所述微型無人船2具體可以是水下的仿生機器魚、水上的無人艇或者是常規的浮標。其中，在所述微型無人船為水下的仿生機器魚時，其水平位置和垂直深度可調以配合信號檢索，例如在所述微型無人船檢測到水下機器人3的聲吶反射信號較弱時，可以通過進行下潛來提高信號采集輕度；機器魚具備信號擴大器，在信號弱時啟動，以保證通信穩定性進而保證定位精度，信號強時所述信號擴大器可以關閉以節約電源。本實施例中所闡述的微型無人船的具體實施方式同樣可適用于本發明其它實施例中，后續不一一贅述。

實施例2:

本發明實施例是實施例1所述方案在具體實現場合下的一種系統組合形式，在本實施例中所述微型無人船2具體數量為一個，所述水下機器人3上設置有水深傳感器。通常情況下，水深傳感器是作為大部分水下機器人的標準配置存在，當然，不排除某些淺水作業的水下機器人或者某些就是針對特定海域海底作業的水下機器人會出于成本考慮，通過定制方式移除掉所述水深傳感器。因此，本實施例便是在利用水下機器人水深傳感器自身功能的基礎上，將系統中所需的微型無人船個數降低到最低限度(即一個微型無人船)。如圖4所示在本實施中，所述系統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微型無人船2和水下機器人3，其中，所述水深傳感器用于反饋水下機器人3到海面的垂直距離；水下機器人3將所述垂直距離反饋給母船1；

所述水下機器人3上設置有目標識別子系統311和控制子系統312(如圖2所示)，所述目標識別子系統311用于獲取目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息；所述控制子系統312與所述母船1建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發送所述第一位置信息。

所述母船1和微型無人船2之間相差預設距離，母船1用于獲取所述微型無人船2的第二位置信息；

所述母船1和微型無人船2之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號的相關參數，并將采集到的來自水下機器人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用于根據所述用于根據自身的第三位置信息、水下機器人3的垂直距離、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

本發明實施例不僅利用了母船自身的續航能力，以及其配備的聲吶設備功能，而且利用了水下機器人中配備的水深傳感器，簡化了水下機器人和微型無人船的設計需求，以及微型無人船數量的配置需求(僅需要一個即可)。并利用由母船、微型無人船和水下機器人構建起來的第一定位子系統，以及由水下機器人和目標對象構建起來的第二定位子系統，由母船或者陸地服務器計算得到目標對象的定位信息，所述定位信息包括經緯度信息、水深信息等等。相比較現有技術中采用的由水下機器人作為等價與所述第一定位子系統中的主動聲吶源，本發明實施例能夠在保障水下機器人目標定位識別準確度的前提下，提高水下機器人的續航能力，并且減少水下機器人的數據處理量，從側面降低了水下機器人的制造成本。

本實施例中，相關通訊鏈路和預設距離的設置可以參考實施例1中所闡述內容，在此不一一贅述。在本實施例中，將結合圖4所示布局圖，闡述如何根據自身的第三位置信息、水下機器人3的垂直距離、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

如圖4所示，假設水下機器人所在位置(圖4中以字母c標注)投影到海平面的位置為o，則所示水下機器人3的垂直距離為oc，母船1采集到的水下機器人3的聲吶反射信號可以計算得到母船1與水下機器人3之間距離ac，而微型無人船2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號可以計算得到微型無人船2與水下機器人3之間的距離bc，其中，位置a和位置b是初始狀態下已經獲取位置信息，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a點定位信息得到o點定位信息，并根據垂直距離oc，得到第一定位子系統中水下機器人的第四位置信息。其中，第二定位子系統中目標對象相對于水下機器人的第一位置信息可以通過雙目識別原理，配合第二聲吶收發器32檢測到的目標對象相對于水下機器人的相對距離，利用透視算法計算得到。綜合上述水下機器人的第四位置信息和目標對象相對于水下機器人的第一位置信息，便可以計算得到目標對象的定位信息。

實施例3:

本發明實施例是實施例1所述方案在具體實現場合下的一種系統組合形式，在本實施例中所述微型無人船2具體數量為兩個或者兩個以上(在本實施例中以兩個為例進行闡述)。本實施例突出的適用于水下機器人中沒有配置水深傳感器的情況，或者微型無人船2數量比較充足希望能夠更準確的計算得到目標對象定位信息的場合。在本實施例中所述微型無人船2具體數量為兩個或者兩個以上，以所述兩個或者兩個以上的微型無人船2和母船1的聲吶設備作為參考點，其中，各參考點在水面上構成等邊圖形。如圖5所示在本實施中，所述系統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微型無人船2和水下機器人3，

所述水下機器人3上設置有目標識別子系統311和控制子系統312(如圖2所示)，所述目標識別子系統311用于獲取目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息；所述控制子系統312與所述母船1建立有第一通訊鏈路，并通過所述第一通訊鏈路發送所述第一位置信息。

所述母船1和微型無人船2之間相差預設距離，母船1用于獲取所述微型無人船2的第二位置信息。

所述母船1和微型無人船2之間建立有第二通訊鏈路，其中，微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號的相關參數，并將采集到的來自水下機器人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用于根據所述用于根據自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息(包括微型無人船2和微型無人船21)、母船1和各微型無人船采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

本發明實施例充分利用了母船自身的續航能力，以及其配備的聲吶設備功能，簡化了水下機器人和微型無人船的設計需求，并利用由母船、微型無人船和水下機器人構建起來的第一定位子系統，以及由水下機器人和目標對象構建起來的第二定位子系統，由母船或者陸地服務器計算得到目標對象的定位信息，所述定位信息包括經緯度信息、水深信息等等。相比較現有技術中采用的由水下機器人作為等價與所述第一定位子系統中的主動聲吶源，本發明實施例能夠在保障水下機器人目標定位識別準確度的前提下，提高水下機器人的續航能力，并且減少水下機器人的數據處理量，從側面降低了水下機器人的制造成本。另一方面，還能通過多微型無人船構成的檢測系統，進一步提高最終計算得到的目標對象的定位信息。

本實施例中，相關通訊鏈路和預設距離的設置可以參考實施例1中所闡述內容，在此不一一贅述。在本實施例中，將結合圖5所示結構示意圖，闡述如何根據所述用于根據自身的第三位置信息、微型無人船的第二位置信息(包括微型無人船2和微型無人船21)、母船1和各微型無人船采集到的水下機器人3的聲吶反射信號，以及目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，計算得到目標的定位信息。

如圖5所示，根據母船的第三位置信息和微型無人船的第二位置信息(包括圖中微型無人船2和微型無人船21)計算得到三角形abd各邊的長度，根據母船1和各微型無人船采集到的水下機器人3的聲吶反射信號分別計算得到ab、bc和dc的長度，此時，便可以構建錐形c-abd模型，并根據錐形模型計算得到水下機器人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，第二定位子系統中目標對象相對于水下機器人的第一位置信息可以通過雙目識別原理，配合第二聲吶收發器32檢測到的目標對象相對于水下機器人的相對距離，利用透視算法計算得到。綜合上述水下機器人的第四位置信息和目標對象相對于水下機器人的第一位置信息，便可以計算得到目標對象的定位信息。

在本發明實施例中，為了增加整個系統操作的靈活性，對于兩個微型無人船來說，其具體表現形式可以是微型無人船2為一機器魚，而微型無人船21為浮標；或者微型無人船2為一無人艇，而微型無人船21為一浮標；還可以微型無人船2和微型無人船21均為浮標等等。上述可能的組合方式，均屬于本發明實施例的保護范圍內。

實施例4:

在公開了上述實施例1-實施例3所述的水下機器人目標定位識別系統后，本發明實施例用于闡述該系統如何運作，因此，本實施例提出了一種水下機器人目標定位識別方法，如圖1-圖4所示，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微型無人船2和水下機器人3，如圖6所示，方法包括：

在步驟201中，控制母船1和/或微型無人船2，使得母船1和微型無人船2之間相差預設距離，母船1獲取所述微型無人船2的第二位置信息。

在具體實現時，所述微型無人船2可以是長期固定在海域上的，此時則控制母船1以實現與所述微型無人船2相距預設距離；若所述微型無人船2是由母船攜帶，并在組建本發明實施例中水下機器人目標定位識別系統時才投放到海域中指定位置，則可以通過具體投放時機控制微型無人船2，以便其投放位置與母船1所要停留的位置相距預設距離。其中，預設距離的計算可以參考實施例1中所述，在此不再贅述。

在步驟202中，所述水下機器人3獲取目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息，并將所述第一位置信息發送給所述母船1。

其中，目標對象4可以是礁石、沉船、海底遺跡等靜態對象，也可以是魚類、甲殼類海洋中動態對象。其中，因為水下機器人計算得到目標對象4的第一位置信息相對于實施例1-3中所述的第四位置信息(即水下機器人的定位信息)的效率更高，所述效率更高是指在相同計算能力下，計算第一位置信息所需要時間遠小于計算第四位置信息的時間，因為，計算第四位置信息需要一定時間用于聲吶的傳遞。因此，母船在接收到水下機器人3反饋的第一位置信息時，同時記錄相關的第一位置信息的生成時間，第一位置信息的接收時間等，以便于在后續計算得到第四位置信息時，能夠匹配兩者的時間點，達到更為準確的目標對象定位信息。

在步驟203中，所述微型無人船2中記錄有母船1聲吶信號的相關參數，并根據所述相關參數將采集到的來自水下機器人3的聲吶反射信號反饋給母船1；其中，所述聲吶反射信號由母船1發射出的聲吶信號遇到所述水下機器人3后反射產生。

在步驟204中，所述母船1還用于根據自身的第三位置信息、微型無人船2的第二位置信息、母船1和微型無人船2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號和所述第一位置信息，計算得到目標的定位信息。相關計算方法參考實施例2和實施例3所述內容，在此不再贅述。

本發明實施例充分利用了母船自身的續航能力，以及其配備的聲吶設備功能，簡化了水下機器人和微型無人船的設計需求，并利用由母船、微型無人船和水下機器人構建起來的第一定位子系統，以及由水下機器人和目標對象構建起來的第二定位子系統，由母船或者陸地服務器計算得到目標對象的定位信息，所述定位信息包括經緯度信息、水深信息等等。相比較現有技術中采用的由水下機器人作為等價與所述第一定位子系統中的主動聲吶源，本發明實施例所述方法能夠提高水下機器人的續航能力，并且減少水下機器人的數據處理量，從側面降低了水下機器人的制造成本。

結合本發明實施例，存在一種可選的實現方式，所述微型無人船2具體數量為兩個或者兩個以上，以所述兩個或者兩個以上的微型無人船2和母船1的聲吶設備作為參考點，其中，各參考點在水面上構成等邊圖形。經過計算驗證，由等邊圖像作為錐體底面，由水下機器人作為錐頂構成的錐體模型，其計算水下機器人相對于母船1的相對位置的效率遠高于不規則圖形構成的錐體底面。

結合本發明實施例提供了一種可行的水下機器人實現方式，如圖2所示，所述水下機器人3包括第二聲吶收發器32和雙攝像頭31，所述第二聲吶收發器32用于獲取水下機器人3到目標對象4的目標距離，所述雙攝像頭31用于采集目標對象4場景；所述水下機器人3根據所述目標距離和目標對象4場景，并通過透視算法計算出目標對象4相對于水下機器人3的第一位置信息。通常情況下水下機器人3還會配備處理器33、無線收發器34和動力推進裝置35，其中無線收發器34用于與所述母船1建立通訊鏈路；而所述動力推進裝置35則是用于完成水下機器人相應的移動操作；所述處理器33連接著雙攝像頭31、第二聲吶收發器32、無線收發器34和動力推進裝置35，用于處理雙攝像頭31采集的圖像信息和第二聲吶收發器32采集的聲吶信息，并分析出第一位置信息；還用于控制所述無線收發器34發送所述第一位置信息給母船1，以及控制所述動力推進裝置35完成水下航行動作。

在本發明實施例中，所述母船1和微型無人船2采集到的水下機器人3的聲吶反射信號包括回波接收時間、回波波前法線和/或回波信號與發射信號之間的頻移；其中，母船1和/或微型無人船2通過回波信號與發射信號問的時延確定目標的距離，由回波波前法線方向可確定目標的方向，由回波信號與發射信號之間的頻移確定目標的徑向速度。

在本發明實施例中，所述微型無人船2的第二位置信息是由所述母船1發射的雷達信號檢測得到；或者在所述微型無人船2上安裝有gps定位模塊時，由所述微型無人船上報其gps定位模塊檢測得到的第二位置信息。

由于基于一個共同的發明構思，本發明實施例中所闡述的相關內容同樣也適用于實施例1-實施例3中相應內容。本領域技術人員能夠在不需要創造性勞動的情況下，將上述系統實施例1-3中相關技術內容使用到方法實施例4中，也可以將方法實施例4相關技術內容使用到系統實施例1-3中。上述可能的組合和擴展出的技術方案，均屬于本發明的保護范圍內。

本領域普通技術人員可以理解實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的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質中，存儲介質可以包括：只讀存儲器(rom，readonlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。