[发明专利]水下定位方法和系统

权利要求书

1.一种水下定位方法，其特征在于，应用于水下定位系统，所述水下定位系统包括水下设备、固定于所述水下设备上的相机以及带标记物的浮标，所述浮标的标记物设于水下且位于所述相机的视角范围内，所述水下定位方法包括：

获取浮标的位置信息；

拍摄所述浮标并识别拍摄的图像，获取对应的识别结果；

根据所述识别结果，确定所述浮标相对于水下设备的相对三维位置坐标，根据所述浮标的位置信息和相对三维位置坐标，确定所述水下设备的经纬度坐标。

2.根据权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述确定所述浮标相对于水下设备的相对三维位置坐标包括：

根据所述识别结果获得所述浮标相对相机坐标系的第一方向坐标；

根据所述相机坐标系与机体坐标系的转移矩阵，获得所述浮标相对于机体坐标系的第二方向坐标；

根据水下设备的三维姿态矩阵，获得所述浮标的相对位置坐标系的第三方向坐标，其中，所述相对位置坐标系的原点位于机体中心；

结合所述第一至第三方向坐标以及水下设备的深度，获得所述浮标相对于水下设备的相对三维位置坐标。

3.根据权利要求1或2所述的水下定位方法，其特征在于，所述获取对应的识别结果包括：

获取对浮标进行拍摄的图像；

采用多尺度模板匹配方法对所述图像进行识别，获得对浮标进行图像识别的识别结果。

4.根据权利要求3所述的水下定位方法，其特征在于，所述采用多尺度模板匹配方法对所述图像进行识别包括：

将预设匹配模块进行m个不同尺度的缩放和n个角度的旋转，获得m*n个模板；

根据预设步长，对所述图像进行滑窗扫描，并针对每个扫描位置，都将滑窗图像与m*n个模板进行匹配，确定各扫描位置对应的扫描系数；

从所有扫描位置对应的扫描系数中获取最大的扫描系数，并确定所述最大的扫描系数对应的滑窗图像像素坐标为识别结果。

5.根据权利要求2所述的水下定位方法，其特征在于，所述水下设备的三维姿态矩阵通过以下方式获取：

根据所述水下设备的俯仰角、横滚角和航向角，获得所述三维姿态角度；

根据所述三维姿态角度，获得机体坐标系与相对位置坐标系之间的三维姿态矩阵。

6.根据权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述根据所述浮标的位置信息和相对三维位置坐标，确定所述水下设备的经纬度坐标包括：

将G坐标系下浮标的位置信息转换到地固坐标系，得到所述浮标的位置信息在地固坐标系中的第一坐标；其中，所述G坐标系是以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系，物体位置用(经度L，纬度λ，高度h)表示；所述地固坐标系的原点O(0,0,0)为地球质心，z轴与地轴平行指向北极点，x轴指向本初子午线与赤道的交点，y轴垂直于xOz平面；

将相对位置坐标系下水下设备与浮标的相对位置转换到地固坐标系，得到所述相对位置在地固坐标系中的第二坐标；

根据第一坐标和第二坐标，获得水下设备在地固坐标系中的第三坐标；

将地固坐标系中的第三坐标转换到G坐标系，获得水下设备在G坐标系中的第四坐标，从而获得水下设备的经纬度坐标。

7.一种水下定位系统，其特征在于，包括：水下设备、固定于所述水下设备上的相机以及带标记物的浮标，所述浮标的标记物设于水下且位于所述相机的视角范围内；

所述浮标包括：GPS模块，用于获取浮标的位置信息；

所述相机，用于拍摄所述浮标并识别拍摄的图像，获取对应的识别结果；

所述水下设备，用于根据所述识别结果，确定所述浮标相对于水下设备的相对三维位置坐标，并根据所述浮标的位置信息和相对三维位置坐标，确定所述水下设备的经纬度坐标。