[发明专利]一种水下巡检设备及其姿态传感器的滤波方法

权利要求书

1.一种水下巡检设备，包括用于采集水下管道图像信息的拍摄装置，其特征在于，所述水下巡检设备还包括用于为所述水下巡检设备提供动力的水下推进器、用于检测水下深度的深度传感器、用于检测所述水下巡检设备的三维运动姿态的姿态传感器、以及脐带电缆，所述水下巡检设备通过所述脐带电缆与上位机通信连接、接收所述上位机发送的控制命令并发送采集到的管道信息至所述上位机。

2.根据权利要求1所述的水下巡检设备，其特征在于，所述水下巡检设备包括外壳以及设置于所述外壳内的主控板和扩展板，所述拍摄装置设置于所述主控板上，所述主控板、所述拍摄装置密封设置于所述密封罐内；所述主控板和所述扩展板之间还设有用于为所述水下巡检设备供电的电池，所述电池密封于电池仓内；所述扩展板上设有用于检测所述水下巡检设备状态的各个传感器。

3.根据权利要求2所述的水下巡检设备，其特征在于，所述拍摄装置通过双轴数字数码舵机连接于所述主控板。

4.根据权利要求3所述的水下巡检设备，其特征在于，所述拍摄装置包括水下摄像机、高亮LED和激光探头。

5.根据权利要求2所述的水下巡检设备，其特征在于，所述深度传感器通过通用异步收发传输器串口与所述扩展板通信连接，所述深度传感器将采集到的信息保存至所述扩展板的只读存储器，以发送至所述上位机。

6.根据权利要求1所述的水下巡检设备，其特征在于，所述水下推进器包括三组无刷电机和连接于所述无刷电机的数控四叶正反螺旋桨；其中第一组所述水下推进器和第二组所述水下推进器设置于所述水下巡检设备的机尾，以实现所述水下巡检设备的前后左右移动；第三组水下推进器设置于所述水下巡检设备的机体中上部，以实现所述水下巡检设备的上下移动。

7.根据权利要求1所述的水下巡检设备，其特征在于，所述姿态传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁强计，分别采集所述水下巡检设备的所在位置、移动轨迹、加速度、空间加速度和地磁场矢量，以得到所述水下巡检设备当前的实时运动姿态。

8.如权利要求7所述的水下巡检设备中姿态传感器的滤波方法，其特征在于，所述姿态传感器通过PID控制器接收所述上位机发送的控制信号对所述水下巡检设备的运动姿态进行检测，以得到测量信号；通过卡尔曼滤波器对所述控制信号和/或所述测量信号进行滤波，以输出采集信息。

9.如权利要求8所述的滤波方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波器对所述控制信号和/或所述测量信号进行滤波包括以下步骤：

预设所述控制信号和/或所述测量信号组成的多维状态向量后验估计和后验估计协方差P_k-1的值；

当所述姿态传感器中有动态噪声时，将多维状态向量和P_k-1的值分别代入等式1和等式2计算得到先验估计和先验估计误差协方差的值，其中，等式1和等式2分别为：

P_k^-＝AP_k-1A^T+Q (2)，

其中，k为时间常数，μ_k-1为控制信号和/或测量信号，A为状态转移矩阵，B为控制输入矩阵，A^T是A的转置矩阵，Q为过程激励噪声协方差矩阵；

将计算得到的状态预测和均方误差的值分别代入等式3、等式4和等式5，以计算得到滤波增益K_k、后验估计和后验估计误差协方差P_k的值，其中，等式3、等式4和等式5分别为：

其中，R为观测噪声协方差矩阵，H为矩阵为常量，H^T是H的转置矩阵；

再将计算得到滤波增益K_k、滤波估计和均方误差矩阵P_k的值代入等式1和等式2，以得到新的状态预测和均方误差的值。