[发明专利]一种水下机器人近场检测感知系统

权利要求书

1.一种水下机器人近场检测感知系统, 包括一个水下机器人（1）、一个捷联惯导系统（2）、多个压力传感器（3）、多个矢量水听器（4）、一个三维云台（5）、一个姿态传感器（6）、一个前视声呐（7）、一个摄像头（8）和一个上位机（9），其特征在于：

1） 所述水下机器人（1）具有多轴螺旋桨驱动，可实现自身姿态和运动控制，通过以太网与所述上位机（9）相连；

2）所述捷联惯导系统（2）搭载于所述水下机器人（1）上，内含有速度陀螺，加速度计和微型计算机，速度陀螺用于测量所述水下机器人（1）的角运动信息，加速度计用于测量所述水下机器人（1）的线运动信息；

3）所述多个压力传感器（3）安装于所述水下机器人（1）侧线和前端阵列中，用于所述水下机器人（1）近场水流扰动冲击检测；

4）所述多个矢量水听器（4）安装于所述水下机器人（1）侧线和前端阵列内，用来接受水中的声信号，可以将水声信号转化为电信号，用于和多个压力传感器（3）进行数据融合，实现水下扰动源的近场感知、定向和定位；

5）所述三维云台（5）安装于所述水下机器人（1）下，用于装载所述前视声呐（7）和所述摄像头（8），所述捷联惯导系统（2）和所述姿态传感器（6）电连接并综合信息，该信息用于控制所述三维云台（5）位姿，以实现对所述前视声呐（7）和所述摄像头（8）探测角度的自动调节，用于所述水下机器人（1）在水下涌流中调节姿态以保持所述前视声呐（7）和所述摄像头（8）既定探测角度；

6）所述姿态传感器（6）安装于所述三维云台（5）的内部，内含有陀螺仪和加速度计，用于获取所述水下机器人（1）的姿态信息；

7）所述前视声呐（7）安装于所述三维云台（5）上，可以进行既定的角度和范围的扫描，通过发射声脉冲并接受不同位置回波信号完成水下信息采集，用于实现前视声呐探测目标；

8）所述摄像头（8）安装于所述三维云台（5）上，可进行既定角度的水下光学图像的采集，用于实现前视光学视频对目标的检测；

9）所述上位机（9）用于远程控制所述水下机器人（1）和接收声呐数据，显示所述前视声呐（7）扫描的二维声呐图像数据和所述摄像头（8）获取的图像数据，所述上位机（9）可在水下水流扰动冲击下用于接受所述多个压力传感器（3）反馈的所述水下机器人（1）侧线和前端的压力变化和压力分布的数据，通过水下近场扰动冲击定位算法使所述水下机器人（1）能够探测和定位附近的扰动源，为所述水下机器人（1）实现水下近场检测感知提供可靠依据；

所述水下近场扰动冲击定位算法，其实现过程为：

水下近场扰动冲击会引起水波变化，水波产生的力作用在所述水下机器人（1）表面的侧线的前端的所述多个压力传感器（3）上和所述多个矢量水听器（4），从而产生压力和水声场矢量参数变化，通过分析所述上位机（9）显示的所述多个压力传感器（3）反馈的压力分布曲线和所述多个矢量水听器（4）所获取的测量水声场中的矢量参数数据，可辨别扰动源的移动方向，以评估扰动源的水平位置，进一步确定扰动源的纵向位置，以实测压力值与理论压力计算值的差值绝对值为目标函数，然后，采用无导数估计法，给定一个初始解，迭代计算下一个解，最终估计扰动源与侧线之间的距离。

2.根据权利要求1所述的水下机器人近场检测感知系统，其特征在于所述水下机器人（1）侧线和前端安装所述多个压力传感器（3）阵列，模仿鱼类侧线系统对水下近场环境的感知，所述多个压力传感器（3）可以检测所述水下机器人（1）周围水波产生扰动冲击，从而产生压力变化并转化为电信号显示于所述的上位机（9）中。

3.根据权利要求1所述的水下机器人近场检测感知系统，其特征在于所述上位机（9）可用于显示所述多个压力传感器（3）阵列的压力分布曲线数据和所述多个矢量水听器（4）所获取的测量水声场中的矢量参数数据，通过分析侧线和前端压力分布曲线和矢量参数数据，可以辨别扰动源的方向和位置，并推断扰动源与所述水下机器人（1）之间的距离，使所述水下机器人（1）具有感知外界扰动冲击的能力。