[發明專利]一種基于角錐器激光反射的水下機器人三維定位通信裝置及其方法

有效

• 申請號: 201810236431.6
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108680923B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 楊燦軍;周璞哲;吳世軍;朱雨時
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06;G01S7/481;H04B10/50;H04B10/516;H04B10/54
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 褚超孚

本發明公開了一種基于角錐器激光反射的水下機器人三維定位通信裝置及其方法，屬于水下機器人的定位與通信領域。裝置包括位于海底的激光發射端基站和安裝再水下機器人上的激光反射端；激光發射端基站包括帶有窗口鏡的第一密封腔體以及設置在第一密封腔體內的激光發生器、振鏡系統、電荷耦合攝像頭和發射端處理器；激光反射端包括光敏接收器、通信角錐器和反射端處理器，通信角錐器的外側周向固定有聚合物分散液晶；第二密封腔體外設置有用于將激光反射至電荷耦合攝像頭的定位角錐器陣列。實現了水下機器人與海底基站的雙向通信。且其結構簡單、功耗低、體積小、可靠性高、成本低。

技術領域

本發明涉及水下機器人的定位與通信領域，具體涉及一種基于角錐器激光反射的水下機器人三維定位通信裝置及其方法。

背景技術

水下機器人常用的定位通信方式是基于聲學的方法，具有通信傳輸距離遠的特點，但其功耗較大。光學定位具有空間分辨率高的特點，適合于近距離高精度定位。常用的方法是利用脈沖激光光源并輔助飛行時間采樣對水下回射器進行距離探測，最大探測距離可達到100米，但飛行時間探測需要超高速模數轉換器與大功率納秒脈沖激光源，設備成本極高，功耗較大。基于飛行時間的測距精度高，且精度不受距離影響，但利用飛行時間測距對硬件要求較高，且需要抑制水體的后向散射(Han J,Yang K,Sun L,et al.Improvedtime-of-flight range acquisition technique in underwater lidar experiments[J].Applied Optics.2015,54(18):5715-5725.)，實施難度相對較高。

發明內容

本發明的目的為提供一種基于角錐器激光反射的水下機器人三維定位通信裝置，本發明的另一目的為提供一種基于角錐器激光反射的水下機器人三維定位通信方法，該裝置及其方法克服現有的水下聲學定位通信方法以及基于脈沖激光光源并輔助飛行時間采樣的定位方法成本高、功耗大、實現較為復雜的缺陷，實現海底基站對水下機器人的三維定位以及雙向通信。

為了實現上述目的，本發明提供的基于角錐器激光反射的水下機器人三維定位通信裝置包括位于海底的激光發射端基站和安裝在水下機器人上的激光反射端；

激光發射端基站包括帶有窗口鏡的第一密封腔體以及設置在第一密封腔體內的：

激光發生器，用于發射加載有下行通信數據的激光；

振鏡系統，將激光反射至激光反射端并調整激光反射出去的角度；

電荷耦合攝像頭，接收從激光反射端反射回來的激光；

發射端處理器，根據所接收到的激光對應的振鏡系統的角度信息計算水下機器人的位置并從電荷耦合攝像頭接收到的調制激光的圖像中解調出上行通信數據；

激光反射端包括：

光敏接收器，接收由激光發射端基站出射的加載有下行通信數據的激光；

定位角錐器陣列，由多個定位角錐器組成，用于反射由激光發射端基站出射的激光；

通信角錐器，反射由激光發射端基站出射的激光；

聚合物分散液晶，置于通信角錐器的外周，將上行通信數據調制入由通信角錐器反射的激光；

反射端處理器，處理由光敏接收器接收的激光，并控制聚合物分散液晶進行激光調制。