[发明专利]机艇一体的超声水下探测成像系统

权利要求书

1.机艇一体的超声水下探测成像系统，其特征在于，包括无人机、水下超声探测器和后台云计算中心，其中无人机与水下超声探测器用电缆和绳索连成一体；无人机负责投放、回收水下超声探测器，并承担数据中继、定位基准任务；水下超声探测器负责获取水下目标探测数据，并提供自身姿态、位置信息；后台云计算中心负责回波参数估计、数据融合，并对水下探测目标进行反演及三维拼接成像。

2.根据权利要求1所述机艇一体的超声水下探测成像系统，其特征在于，所述无人机包括中心控制模块、电池、电源管理模块、飞行控制系统、旋翼、GPS、航拍摄像头、数据存储模块、无线通信模块；其中中心控制模块负责系统的总体控制，使系统按预先设定的指令或临时接收的指令工作；电池为系统提供能源；电源管理模块负责电池的充放电管理、各模块的供电管理、以及外部电源供电管理；飞行控制系统负责控制无人机的姿态与航迹；旋翼在飞行控制系统的控制下旋转，以实现无人机的飞行姿态或航行轨迹；GPS提供无人机的地理位置信息；航拍摄像头提供无人机的航拍图像；数据存储模块负责存储GPS获取的位置信息、航拍摄像头获取的航拍图像数据，以及无线通信模块从后台云计算中心接收的指令，在无人机充当数据中继时，数据存储模块还需存储水下超声探测器获取的数据；无线通信模块负责将数据存储模块中存储的数据以无线方式传至后台云计算中心，并接收后台云计算中心发送的指令，存储于数据存储模块，之后反馈给中心控制模块，在无人机充当数据中继时，无线通信模块还负责接收水下超声探测器获取的数据，并存储于数据存储模块。

3.根据权利要求1所述机艇一体的超声水下探测成像系统，其特征在于，所述水下超声探测器包括中心控制模块、电池、电源管理模块、马达、马达控制器、姿态传感器、GPS、超声信号发射及接收系统、数据存储模块、无线通信模块；其中中心控制模块负责系统的总体控制，使系统按预先设定的指令或临时接收的指令工作；电池为系统提供能源；电源管理模块负责电池的充放电管理、各模块的供电管理、以及向外部装置供电管理；马达推动水下超声探测器运动；马达控制器控制马达转速，以实现前进、后退、转弯、加速、减速；姿态传感器获取超声探测器的姿态信息；GPS提供水下超声探测器的地理位置信息；超声信号发射及接收系统负责发射超声波及接收回波信号；数据存储模块负责存储数据，以及无线通信模块接收的指令；无线通信模块负责将数据存储模块中存储的数据以无线方式传至空中无人机或后台云计算中心，并接收外部指令，存储于数据存储模块，之后反馈给中心控制模块。

4.根据权利要求1所述机艇一体的超声水下探测成像系统，其特征在于，所述后台云计算中心接收无人机的GPS数据、无人机的航拍图像数据、水下超声探测器的探测数据、水下超声探测器的GPS数据、水下超声探测器的姿态数据；将无人机数据与水下超声探测器数据进行融合，即将无人机的GPS数据和航拍图像数据，与水下超声探测器的GPS数据进行融合，得到水下超声探测器在探测过程中的精准位置信息；进行回波参数估计，计算水下探测目标包括水深、大小、形态、质地在内的相关参数；根据水下超声探测器的姿态数据，对水下探测目标包括水深、大小、形态、质地在内的相关参数进行校正；将校正后的水下探测目标相关参数与校正后的GPS数据相结合，实现三维拼接成像。

5.根据权利要求1所述机艇一体的超声水下探测成像系统，其特征在于，根据系统总耗电情况配置相应储能的电池，并将电池分配给无人机和水下超声探测器；大部分电池将被分配给水下超声探测器，不仅可以增加抵御风浪的能力，还可以减小无人机负载，延长续航时间；水下超声探测器的电源管理模块和无人机的电源管理模块通过电缆连接；水下超声探测器可对无人机进行协同供电，即在无人机工作时，如果其自身电池电量不足，水下超声探测器的电源管理模块通过电缆，向无人机进行供电；无人机的电源管理模块接收水下超声探测器的供电，以保证无人机各个模块的供电，从而确保无人机顺利返航。

6.权利要求1所述机艇一体的超声水下探测成像系统的工作流程包含以下步骤：

步骤1：无人机将水下超声探测器运载至探测目标水域，然后将其投放到指定位置，无人机悬停一段时间，获取精准位置信息，之后水下超声探测器开始执行探测任务；

步骤2：水下超声探测器按设定路径进行探测，通过无线网络将水下超声探测器的探测数据、水下超声探测器的GPS数据、水下超声探测器的姿态数据传至无人机由无人机转发或直接发回后台云计算中心；

步骤3：无人机获取自身GPS数据、航拍图像信息发回后台云计算中心；

步骤4：后台云计算中心接收无人机的GPS数据、无人机的航拍图像数据、水下超声探测器的探测数据、水下超声探测器的GPS数据、水下超声探测器的姿态数据；

步骤5：后台云计算中心将无人机数据与水下超声探测器数据进行融合，即将无人机的GPS数据和航拍图像数据，与水下超声探测器的GPS数据进行融合，得到水下超声探测器在探测过程中的精准位置信息；

步骤6：后台云计算中心进行回波参数估计，计算水下探测目标包括水深、大小、形态、质地在内的相关参数；根据水下超声探测器的姿态数据，对水下探测目标的相关参数进行校正，并将校正后的水下探测目标相关参数与校正后的GPS数据相结合，实现三维拼接成像；

步骤7：水下超声探测器扫描完当前探测水域后，由无人机将其回收；如果探测结束，无人机运载水下超声探测器返航；如果探测尚未结束，回到步骤1。