[发明专利]一种基于角锥器激光反射的水下机器人三维定位通信装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于角锥器激光反射的水下机器人三维定位通信装置及其方法，属于水下机器人的定位与通信领域。装置包括位于海底的激光发射端基站和安装再水下机器人上的激光反射端；激光发射端基站包括带有窗口镜的第一密封腔体以及设置在第一密封腔体内的激光发生器、振镜系统、电荷耦合摄像头和发射端处理器；激光反射端包括光敏接收器、通信角锥器和反射端处理器，通信角锥器的外侧周向固定有聚合物分散液晶；第二密封腔体外设置有用于将激光反射至电荷耦合摄像头的定位角锥器阵列。实现了水下机器人与海底基站的双向通信。且其结构简单、功耗低、体积小、可靠性高、成本低。

技术领域

本发明涉及水下机器人的定位与通信领域，具体涉及一种基于角锥器激光反射的水下机器人三维定位通信装置及其方法。

背景技术

水下机器人常用的定位通信方式是基于声学的方法，具有通信传输距离远的特点，但其功耗较大。光学定位具有空间分辨率高的特点，适合于近距离高精度定位。常用的方法是利用脉冲激光光源并辅助飞行时间采样对水下回射器进行距离探测，最大探测距离可达到100米，但飞行时间探测需要超高速模数转换器与大功率纳秒脉冲激光源，设备成本极高，功耗较大。基于飞行时间的测距精度高，且精度不受距离影响，但利用飞行时间测距对硬件要求较高，且需要抑制水体的后向散射(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.)，实施难度相对较高。

发明内容

本发明的目的为提供一种基于角锥器激光反射的水下机器人三维定位通信装置，本发明的另一目的为提供一种基于角锥器激光反射的水下机器人三维定位通信方法，该装置及其方法克服现有的水下声学定位通信方法以及基于脉冲激光光源并辅助飞行时间采样的定位方法成本高、功耗大、实现较为复杂的缺陷，实现海底基站对水下机器人的三维定位以及双向通信。

为了实现上述目的，本发明提供的基于角锥器激光反射的水下机器人三维定位通信装置包括位于海底的激光发射端基站和安装在水下机器人上的激光反射端；

激光发射端基站包括带有窗口镜的第一密封腔体以及设置在第一密封腔体内的：

激光发生器，用于发射加载有下行通信数据的激光；

振镜系统，将激光反射至激光反射端并调整激光反射出去的角度；

电荷耦合摄像头，接收从激光反射端反射回来的激光；

发射端处理器，根据所接收到的激光对应的振镜系统的角度信息计算水下机器人的位置并从电荷耦合摄像头接收到的调制激光的图像中解调出上行通信数据；

激光反射端包括：

光敏接收器，接收由激光发射端基站出射的加载有下行通信数据的激光；

定位角锥器阵列，由多个定位角锥器组成，用于反射由激光发射端基站出射的激光；

通信角锥器，反射由激光发射端基站出射的激光；

聚合物分散液晶，置于通信角锥器的外周，将上行通信数据调制入由通信角锥器反射的激光；

反射端处理器，处理由光敏接收器接收的激光，并控制聚合物分散液晶进行激光调制。