CN107340777A - 一种水下无人船控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下无人船控制系统及方法，其中，水下无人船控制系统包括，控制器、驱动模块、通信模块、姿态获取模块、图像获取模块和和声呐模块，驱动模块、通信模块、姿态获取模块和和声呐模块均与控制器相连，所述控制器根据通信模块接收到的航行命令和/或姿态获取模块获取的姿态数据，利用驱动模块调整无人船的航行姿态，所述图像获取模块与所述通信模块相连，所述通信模块将图像获取模块获取的图形信息转发至水上控制端，所述控制器利用声呐模块探测生物信息和/或地形信息。能够利用声呐和摄像头进行水下环境的探测，并将声呐探测得到的声呐信息通过图像的方式展现给用户，以及图像获取模块获取的图像信息通过显示屏展示给用户。

Description

一种水下无人船控制系统及方法

技术领域

本发明属于水下机器人领域，具体地说，涉及一种水下无人船控制系统及方法。

背景技术

水下机器人也称无人水下潜水器，它是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置，在外形上更像一艘微小型潜艇，水下机器人的自身形态是依据水下工作要求来设计的，水下机器人是将人工智能、探测识别信息融合、智能控制、系统集成等多方面的技术集中应用于同一水下载体上，在没有人工控制，或者人工进行半自动控制下，完成地质、地形等的探测。

目前的水下机器人能够实现水下航拍和地形、地质的探测等，民用方面的应用还很有限，目前除了作为娱乐用途的无人船之外，用于钓鱼的无人船在民用市场的需求越来越大，因此对于钓鱼无人船提出了越来越高的要求。

如何利用声呐和摄像头进行水下环境的探测，并将声呐探测得到的声呐信息通过图像的方式展现给用户，以及摄像头获取的图像信息通过显示屏展示给用户，成为目前亟待解决的技术问题。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种水下无人船的控制系统及方法，能够利用声呐和摄像头进行水下环境的探测，并将声呐探测得到的声呐信息通过图像的方式展现给用户，以及摄像头获取的图像信息通过显示屏展示给用户。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明的第一方面提出了一种水下无人船控制系统，包括，控制器、驱动模块、通信模块、姿态获取模块、图像获取模块和和声呐模块，驱动模块、通信模块、姿态获取模块和和声呐模块均与控制器相连，所述控制器根据通信模块接收到的航行命令和/或姿态获取模块获取的姿态数据，利用驱动模块调整无人船的航行姿态，所述图像获取模块与所述通信模块相连，所述通信模块将图像获取模块获取的图形信息转发至水上控制端，所述控制器利用声呐模块探测生物信息和/或地形信息。

优选地，所述控制器能够利用声呐模块和/或图像获取模块，确定探测生物的生物种类，优选地，根据探测生物的生物种类确定目标生物，并控制驱动模块对目标生物进行锁定。

优选地，所述声呐模块向特定方向发送声波，并接收反馈回来的声波反馈信号，优选地，将声波反馈信号进行滤波和A/D转换处理之后反馈给控制器。

优选地，所述控制器将声波反馈信号利用通信模块转发至水上控制端，水上控制端根据该声波反馈信号的反馈时间、衰减强度确定水下无人船所处水域的水深、鱼群的大小、鱼群所处水深。

优选地，所述控制器控制声呐模块进行寻鱼，并根据寻鱼结果确定目标水域，并利用驱动模块驱动水下无人船航行至目标水域；

优选地，所述控制器控制所述声呐模块根据不同鱼类的喜好变换不同频率的声波进行集鱼。

优选地，所述图像获取模块包括摄像头和照明灯，所述摄像头设置在水下无人船的头部，所述照明灯设置在摄像头周围，为摄像头提供光照条件；优选地，所述摄像头为网络摄像头，能够通过通信模块将采集的图像或视频信息共享到互联网中。

优选地，所述姿态获取模块设置在电路板上，包括，陀螺仪、加速度计和磁强计，所述姿态数据包括，所述陀螺仪检测的水下无人船的平衡数据、所述加速度计检测的水下无人船的加速度数据和磁强计检测的方位数据。

所述电路板上设有至少两个磁强计，所述至少两个磁强计重合堆叠放置或以电路板为对称平面对称设置在电路板两侧。

优选地，所述驱动模块包括，设置在水下无人船重心前方的垂直推进器、分别设置在水下无人船尾部两侧的水平推进器，其中，垂直推进器调整水下无人船的垂直方向的运动，两个水平推进器控制水下无人船的前进、后退和转弯。

本发明的第二方面提出了一种水下无人船控制方法，用于上述第一方面所述的水下无人船控制系统，步骤包括：

S1，获取每个探测生物的图形信息；

S2，根据图形信息确定每个探测生物的生物种类，并从所有图形信息中确定目标生物；

S3，获取目标生物的位置信息，并对目标生物进行跟踪。

优选地，所述步骤S1具体包括：

利用摄像头拍摄图片，从图片中抓取每个探测生物的图形信息；或者

利用声呐模块获取声呐信息，对声呐信息进行处理绘制成带有每个探测生物轮廓的图像，抓取每个探测生物的轮廓图像，将该轮廓图像作为每个探测生物的图形信息。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

能够利用声呐和摄像头进行水下环境的探测，并将声呐探测得到的声呐信息通过图像的方式展现给用户，以及用户就能够看到通过水下无人船拍摄的图像或视频信息，并且能够通过图像获取模块来直播水下无人船的钓鱼、捕鱼的过程，能够提升用户的亲身体验感。

从图像获取模块拍摄到图片中确定目标生物，或者利用声呐模块探测声呐信息，并将声呐信息进行处理，并绘制出相应的图像，按照上述的目标生物确定办法，确定目标生物；再利用声呐模块进一步确定目标生物的位置信息，根据该位置信息利用驱动模块驱动水下无人船对目标生物进行锁定或跟踪，这样用户只需设定需要追踪或锁定的生物种类，水下无人船就能够实现自动寻找和跟踪定位的过程，并利用图像采集模块直观地展现给用户整个寻找和定位的过程，提升用户体验。

通过多个磁强计对检测的方位信息进行校准，然后将校准结果作为磁强计检测的最终方位信息结果，并且由于电路板厚度较小，多个磁强计检测的方位信息的偏差较小，进而使通过多个磁强计进行校准后得到的最终方位信息更加准确。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明的一个实施例水下无人船控制系统的结构框图；

图2是本发明的另一个实施例水下无人船控制系统的结构框图；

图3是本发明的又一个实施例水下无人船控制系统的结构框图；

图4是本发明的一个实施例水下无人船控制方法的流程图；

图5是本发明的步骤S3的具体展开流程图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下述实施例中，将水下水下无人船设计成平均密度与周围水域的密度相近似，水下无人船内设有密封腔，该密封腔具有防水效果，能够保护密封腔内的各个用电模块不会浸水，进而保证水下无人船的正常工作，并且通过该密封腔与水下无人船外壳体及各个部件之间的配合，来使水下无人船达到与周围水域密度相近似，进而在水域中实现零浮力的效果，通过零浮力的水下无人船能够更好的调整航行方向和航行姿态，另外，在没有动力驱动的情况下水下无人船能够静止悬停在水中。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提出了一种水下无人船控制系统，包括，控制器1、驱动模块2、通信模块3、姿态获取模块4、图像获取模块6和和声呐模块5，驱动模块2、通信模块3、姿态获取模块4和和声呐模块5均与控制器1相连，所述控制器1根据通信模块3接收到的航行命令和/或姿态获取模块4获取的姿态数据，利用驱动模块2调整无人船的航行姿态，所述图像获取模块6与所述通信模块3相连，所述通信模块3将图像获取模块6获取的图形信息转发至水上控制端7，所述控制器1利用声呐模块5探测生物信息和/或地形信息。

其中，水下无人船的平均密度与周围水的密度相同，这样如果没有动力的驱动，水下无人船能够悬浮在水中，进而能够使水下无人船能够更好的执行相应的拍照、摄像、捕鱼、钓鱼、集鱼、探鱼的任务。

所述控制器1控制驱动模块2驱动水下无人船进行集鱼、和/或寻鱼、和/或钓鱼、和/或观察水下鱼群/水下环境。可以利用声呐进行探鱼，当探测到某一位置鱼比较密集，就会利用驱动模块2驱动水下无人船到达该位置，然后在该位置悬停，并开启集鱼灯进行集鱼，这样就可以利用该水下无人船来进行钓鱼或捕鱼了，在水下无人船上设有探鱼、集鱼和钓鱼的装置，用户可以通过水上基站向通信模块3发送相应控制指令，利用控制器1控制驱动模块2来完成集鱼、寻鱼、钓鱼的过程，并且还能通过图像获取模块6获取的图像信息来观察水下鱼群或水下的环境。

图像获取模块6(例如，摄像机、照相机)将获取的水下图像信息直接通过通信模块3发送至水上控制端7，并在图像显示屏上进行显示，这样用户就能够看到通过水下无人船拍摄的图像或视频信息，并且能够通过图像获取模块6来直播水下无人船的钓鱼、捕鱼的过程，能够提升用户的亲身体验感。

例如在水下无人船上设置一个鱼钩，在鱼钩上放上鱼食，这样用户就可以静等鱼来上钩，用户能够通过图像获取模块6直接看到鱼的上钩的整个实现过程，并且当鱼上钩后控制水下无人船返回岸边，用户就可以将鱼收下了。这样，能够方便用户进行钓鱼的过程，使整个钓鱼更加有趣。

所述控制器1能够利用声呐模块5和/或图像获取模块6，确定探测生物的生物种类，优选地，根据探测生物的生物种类确定目标生物，并控制驱动模块2对目标生物进行锁定。

在上述技术方案中，当图像获取模块6拍摄到图片之后，将图片中每个生物的图像抓取出来，组成一个集合，然后将该集合与数据库中每种生物的图片进行比对，然后确定该集合中的每个抓取的图像的生物种类，并从中选取出用户想要追踪或锁定的目标生物种类，并将该目标生物种类所对应的图像中的生物作为目标生物；

或者利用声呐模块5探测声呐信息，并将声呐信息进行处理，并绘制出相应的图像，按照上述的目标生物确定办法，确定目标生物；

然后，利用声呐模块5进一步确定目标生物的位置信息，根据该位置信息利用驱动模块2驱动水下无人船对目标生物进行锁定或跟踪。

所述声呐模块5向特定方向发送声波，声波接触到障碍物之后就会反馈回来，该声呐模块5接收反馈回来的声波反馈信号，将声波反馈信号进行滤波和A/D转换处理之后反馈给控制器1。能够根据该声波反馈信号的反馈时间判断障碍物的距离，进而根据多次距离的判断之后，就能确定障碍物的形状，另外为了避免周围其他声波的干扰，应该将声波反馈信号先进行滤波处理，然后再进行后续的处理工作。

所述控制器1将声波反馈信号利用通信模块3转发至水上控制端7，水上控制端7根据该声波反馈信号的反馈时间、衰减强度确定水下无人船所处水域的水深、鱼群的大小、鱼群所处水深。其中，水上控制端7包括，水上基站、遥控器、移动终端(手机、平板、笔记本等)，通信模块3将声波反馈信号通过有线的方式发送给水上基站，水上基站再将该声波反馈信号通过无线的方式发送给遥控器和/或移动终端，这样，遥控器和/或移动终端就会根据该声波反馈信号的反馈时间、衰减强度确定水下无人船所处水域的水深、鱼群的大小、鱼群所处水深，或者水上基站根据该声波反馈信号的反馈时间、衰减强度确定水下无人船所处水域的水深、鱼群的大小、鱼群所处水深之后，将这些信息无线发送给遥控器和/或移动终端，在遥控器和/或移动终端上进行显示。

所述控制器1控制声呐模块5进行寻鱼，并根据寻鱼结果确定目标水域，并利用驱动模块2驱动水下无人船航行至目标水域。声呐模块5能够根据声波反馈信号判断前方扫描的范围中的鱼群中鱼的数量以及鱼的大小，根据每个鱼群的数量和大小，水下无人船自动确定目标水域，自动驱动水下无人船航行到目标水域，并打开集鱼灯进行集鱼，并将带有鱼食的鱼钩放出，这样就可以利用水下无人船进行钓鱼的过程了，并且用户也可以根据在遥控器和/或移动终端上显示的声呐扫描图像信息，选择自己想要钓鱼的目标水域，并控制水下无人船前往该目标水域进行钓鱼。

所述控制器1控制所述声呐模块5根据不同鱼类的喜好变换不同频率的声波进行集鱼。声呐模块5能够发出各种不同频率的声波，由于每种鱼群对声波的敏感频率不同，因此用户可以选择自己想要钓的那种鱼类的敏感声音，并通过声呐模块5发送出去，来吸引该鱼类的鱼上钩。

优选地，声呐模块5由至少两个换能器组成，通过至少两个换能器探测水下不同深度的声呐数据转换成二维图像，再经过移动至少两个换能器来探测出水下的三维图像，在水上控制端的显示屏上显示三维图像；在水下无人船设置一个或多个换能器，可以利用换能器变换不同的功率来变换水下无人船的探测距离和范围，通过多个换能器能够获取一个平面的图形数据，然后多个换能器在跟随水下无人船进行移动，进而获取到移动扫描范围内的水域的三维图像，这样就可以展现给用户一个三维立体的图像，进而提高用户的体验。

所述水上控制端7上设有伪色单元，伪色单元能够将三维图像分成多个图像模块，并判断每个图像模块的轮廓，根据轮廓的不同为每个轮廓赋予不同的颜色信息，将三维图像绘制成彩色图像。

由于声呐模块5获取的数据只是声波数据，根据声波数据只能绘制出水下环境中的各个障碍物的形状和大小，并不能获取到颜色，为了给用户更好的体验，在控制端上设置伪色单元，这样就可以根据每个图像模块中的图形轮廓与数据库中存储的轮廓信息相匹配，则将存储的轮廓信息相对应的颜色赋予到该图像模块的图形轮廓上，这样就可以为声呐探测的三维图像赋予各种颜色(例如获取到的图形轮廓是鱼的形状，就为该鱼的形状赋予黄色，这样三维图像中的鱼的形状就是黄色，用户想要观察鱼的动态时，就可以只观察黄色部分就可以了)，这样方便用户进行更加直观的观察。

所述控制器1控制驱动模块2驱动无人船进行集鱼、和/或寻鱼、和/或钓鱼、和/或观察水下鱼群/水下环境。在上述技术方案中，姿态获取模块4能够将获取的姿态数据发送给控制器1，控制器1可以将该姿态数据进行计算处理后利用通信模块3实时反馈到水上控制端7，水上控制端7上设有显示模块可以将水下无人船的航行姿态实时显示给用户，以供用户根据该航行姿态控制水下无人船的水下航行；

另外，用户也可以利用遥控器或者具有遥控水下无人船功能的移动终端来控制水下无人船的航行方向、旋转角度或者下潜深度等，例如，用户在显示屏上观察到水下无人船还没有达到用户想要进行钓鱼的目的地，显示屏上显示水下无人船的前行速度比较慢，用户就可以利用遥控器或手机控制水下无人船进行加速前行，用户也可以根据自己的实际需要控制无人船来完成转弯、掉头、上升、下潜、旋转机身等航行姿态的改变功能。

所述图像获取模块6包括摄像头和照明灯，所述摄像头设置无人船的头部，所述照明灯设置在摄像头周围，为摄像头提供光照条件。

在上述技术方案中，照明灯可以设置在摄像头两侧或者上下，为摄像头提供必要的照明条件，由于光在水下散失比较快所以一般水下10米以上的深度光照强度都不会很好，另外如果是晚上作业的话，如果没有照明灯摄像头也不能正常工作，因此为了保证摄像头的正常工作，需要为摄像头设置照明灯，利用该照明灯为摄像头进行补光，这样能够保证水下无人船能够在10米以下的区域进行作业。

优选地，所述摄像头为网络摄像头，能够通过通信模块3将采集的图像或视频信息共享到互联网中。

所述照明灯为光感照明灯，能够自动根据无人船周围当前的光照强度进行补光，这样能够节省照明灯的光照消耗的电量，并且当该光感照明灯能够根据检测到周围的光照强度进行自动打开和关闭，无需人工操控，方便用户使用。

所述姿态获取模块4设置在电路板上，包括，陀螺仪41、加速度计42和磁强计43，所述姿态数据包括，所述陀螺仪41检测的水下无人船的平衡数据、所述加速度计42检测的水下无人船的加速度数据和磁强计43检测的方位数据。

所述电路板上设有至少两个磁强计43，所述至少两个磁强计43重合堆叠放置或以电路板为对称平面对称设置在电路板两侧。

这样通过两个磁强计43对检测的方位信息进行校准，然后将校准结果作为磁强计43检测的最终方位信息结果，并且由于电路板厚度较小，两个磁强计43检测的方位信息的偏差较小，进而使通过两个磁强计43进行校准后得到的最终方位信息更加准确。并且由于两个磁强计43只是在垂直方向上有偏差这样控制器在进行校准计算时只要针对垂直方向进行相应计算校准就可以，能够减少控制器的计算量，进而加快了计算速率，并且还能够提高水下无人船方位检测的准确性。

并且，还可以将两个磁强计43整合成一体，进而使两个磁强计43检测的偏差进一步减小，使整个校准算法能够更加准确，这样就能提高水下无人船的工作性能。

也可以在电路板上设置两个以上的磁强计43，这样就可以利用多个磁强计43的相互校准来使水下无人船方位检测的准确性得到更加有效的提高。

另外，在电路板上还可以设置两个加速度计42，这样就可以利用两个加速度计42进行互补校正，这样经过校正后得到的加速度值能够更加准确，进而提高水下无人船的工作性能。

对所述陀螺仪41进行零偏校正，所述控制器1利用零偏校正后的陀螺仪41获取平衡数据，利用所述加速度计42检测的加速度数据计算俯仰速度&滚转角速度，并将平衡数据和俯仰速度&滚转角速度进行结合确定水下无人船的俯仰姿态和滚转姿态。

在上述技术方案中，由于陀螺仪41会受到水下无人船上的各个结构或组件的影响，或者其他情况，陀螺仪41检测的平衡数据会有偏差，因此需要首先将陀螺仪41进行零偏校正，进而保证陀螺仪41的检测精度，零偏校正完成后，陀螺仪41就会获取相应的平衡数据；

然后将该平衡数据与加速度计42检测的俯仰速度&滚转速度进行结合，确定水下无人船当前的俯仰姿态(即，水下无人船偏移水平面的姿态)和滚转姿态(即，水下无人船偏移)，例如，能够确定水下无人船在向前、后、左、右、上、下六个方位中的偏移航行姿态。

对所述磁强计43进行零偏校正和椭圆校正，利用校正后的磁强计43获取方位数据，所述控制器1将方位数据、平衡数据和俯仰速度&滚转角速度进行结合确定水下无人船的当前航行方向。

在上述技术方案中，受环境因素和磁强计43自身因素的影响，磁强计43常存在较大的航向角误差，为了保证磁强计43的精度，首先要对磁强计43进行零偏校正和椭圆校正，然后再利用校正后的磁强计43获取水下无人船的方位数据(即，获取水下无人船在东、南、西、北四个方向中所处的方位)，并将该方位数据与上述方案中利用陀螺仪41和加速度计42获得的俯仰速度&滚转角速度进行结合，能够进一步确定出水下无人船的当前航行方向。

所述加速度计42进行姿态补偿，之后将获取的加速度数据去除重力项得到去重加速度数据，对获取的三轴的去重加速度数据进行积分，确定出水下无人船的当前航行速度。

陀螺仪41检测的平衡数据是水下无人船参考坐标系与水下无人船本体坐标系的旋转矩阵，所述加速度计42的测量值是基于水下无人船本体坐标系的，将本体坐标系分为三个坐标轴即x轴、y轴、z轴，测量值本身就是三轴的；

然后，利用该加速度计42获取相应的三轴加速度数据，姿态补偿就是把三轴加速度数据转换到参考坐标系中，由于获取的加速度数据中会有重力加速度，因此，需要将重力加速度进行去除，最后对经过姿态补偿和去除重力项之后获得的三轴的加速度值分别进行积分，就知道水下无人船在三个方向上的当前航行速度。

其中，所述驱动模块2包括，第一电机驱动器、第二电机驱动器和第三电机驱动器，所述第一电机驱动器和第二电机驱动器对称设置在水下无人船的尾部两侧，通过所述第一电机驱动器和第二电机驱动器驱动水下无人船的水平方向的位移，所述第三驱动器设置在水下无人船重心处驱动水下无人船的竖直方向的位移。

所述控制器1将接收的姿态数据通过通信模块3发送至水上控制端7，并利用水上控制端7上的显示屏将姿态数据进行显示，优选地，在所述显示屏上显示水下无人船的模型，并将姿态数据通过所述水下无人船的模型进行直观展示。

姿态获取模块4能够获取水下无人船当前的航行姿态，比如，航行速度(各个轴向、各个方向的航行速度)，水下无人船的当前姿态(是处于水平或倾斜或俯仰等姿态)，并将这些航行姿态实时反馈给控制器1，控制器1将这些姿态数据进行处理后利用通信模块3发送给水上控制端7(可以是手机、平板、笔记本、电脑或者带有显示屏的遥控器等)，当用户启动对水下无人船的控制软件后，控制终端上的显示屏中就会显示出水下无人船的模型，水下无人船在水下航行的姿态可以通过该模型直观的展现给用户，用户能够通过模型看到水下无人船在水下航行的样子，并且可以将该模型与东南西北四个方位进行配合，这样用户就能够直观看见水下无人船在水中的航行方向和所处的姿态，进而能够提高用户的体验。

所述控制器1将当前航行方向和当前航行速度通过通信模块3传送至水上控制端7；优选地，水上控制端7发送的航行命令通过通信模块3发送至控制器1，所述控制器1将当前航行方向、当前航行速度与航行命令进行结合控制驱动模块2调整水下无人船的航行姿态。在上述技术方案中，可以将水下无人船的航行速度反馈至水上控制端7，可以通过数字或者图形的方式展现出来，这样用户就可以将航行速度与上述的水下无人船在水中的航行方向和所处的姿态进行结合，进而使用户能够做出更加准确的控制命令，控制水下无人船的航行姿态。

根据当前航行方向和当前航行速度与目标航行方向和目标航行速度的偏移量，所述控制器1根据该偏移量控制驱动模块2自动纠正水下无人船的航行姿态。在上述技术方案中，当用户控制无人船达到用户需要的位置，或者处于用户需要的姿态时，水下无人船可能会受到水下暗流的推动，或者水下鱼群及漂浮物的撞击等的影响会偏离正确的航行姿态(即，目标航行姿态)，这样无人船能够控制驱动模块2进行自动纠正，将偏离的水下无人船纠正到正确的航行姿态上，进而保证水下无人船的平衡状态。

实施例二

如图2所示，在上述实施例的基础上，还包括智能跟随模块8，所述智能跟随模块8与所述控制器1相连，所述控制器1接收到通信模块3发送的对移动目标的跟随命令后，获取移动目标的位置信息，并利用智能跟随模块8对移动目标进行跟随。

在上述技术方案中，当用户通过遥控器或者手机或其他控制端向水下无人船发出对某移动目标(可以是鱼、人、水下潜艇或者其他能够移动的物体)的跟随命令后，首先获取移动目标的位置信息，对移动目标进行锁定，然后启动智能跟随模块8，控制水下无人船对移动目标进行跟随，其中，移动目标还可以是鱼群。这样，当用户想要观察某个鱼或鱼群的生活状态时，或者想要跟踪一些其他水下移动目标时，就可以利用该智能跟随模块8对移动目标进行跟随了，进而方便了用户的使用。

所述控制器1获取移动目标与水下无人船的当前距离，并利用智能跟随模块8保持当前距离对移动目标进行跟踪；所述智能跟随模块8与通信模块3相连，所述智能跟随模块8接收到通信模块3发送的一键跟随命令后，对距离水下无人船最近的移动生物进行跟随。

当用户为了娱乐，只是想要对周围某种移动物体进行跟随，用户自己又没有目标，就可以启动一键跟随命令，这样智能跟随模块8就会搜索距离水下无人船最近的移动生物，并将该移动生物作为移动目标进行跟随。

实施例三

如图3所示，在上述实施例的方案的基础上，还包括与控制器1相连的全球定位模块9能够实时获取水下无人船的位置信息。

该全球定位模块9为GPS模块或北斗模块，这样能够实时获知该水下无人船的位置，这样能够对水下无人船进行跟踪定位，也能方便用户寻找水下无人船，给用户带来便利。

实施例四

如图4所示，本发明的实施例提出了一种水下无人船控制方法，步骤包括：

S1，获取每个探测生物的图形信息；

S2，根据图形信息确定每个探测生物的生物种类，并从所有图形信息中确定目标生物；

S3，获取目标生物的位置信息，并对目标生物进行跟踪。

所述步骤S1具体包括：

利用摄像头拍摄图片，从图片中抓取每个探测生物的图形信息；或者

利用声呐模块获取声呐信息，对声呐信息进行处理绘制成带有每个探测生物轮廓的图像，抓取每个探测生物的轮廓图像，将该轮廓图像作为每个探测生物的图形信息。

步骤S3包括：获取目标生物的位置信息，将姿态获取模块获取的姿态数据与目标生物的位置信息进行结合，利用驱动模块驱动水下无人船对目标生物进行跟踪或锁定。

其中，所述姿态数据包括：陀螺仪检测的平衡数据、加速度计检测的加速度数据、磁强计检测的方位数据；

如图5所示，步骤S3的展开步骤包括：

S31，根据平衡数据和加速度数据确定水下无人船的俯仰数据和滚转数据；

S32，将俯仰数据、滚转数据和方位数据进行结合确定水下无人船的当前航行方向；

S33，根据当前航行方向与目标生物的位置确定偏移量，根据偏移量启动驱动模块调整水下无人船的航行方向，驱动水下无人船对目标生物进行跟踪或锁定。

因此步骤S33具体为：

Sa，计算俯仰数据偏移平衡位置的俯仰偏移量，当俯仰偏移量超出设定俯仰偏移阈值时，启动驱动模块中的垂直推进器，将水下无人船调整到平衡位置。

或者，Sb，计算滚转数据偏移平衡位置的滚转偏移量，当滚转偏移量超出设定滚转偏移阈值时，利用驱动模块中的垂直推进器和水平推进器将水下无人船调整到平衡位置。

或者，Sc，计算方位数据与目标方位的方位偏移量，当方位偏移量超出设定方位偏移阈值时，启动驱动模块中的水平推进器，将水下无人船调整到目标方位。

上述平衡位置与目标方位均是通过目标生物的位置确定的，平衡位置是目标生物所处的深度平面，所述目标方位是目标生物与水下无人船的距离，和以水下无人船为中心所述目标水域位于水下无人船方位(东、西、南、北)角度。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种水下无人船控制系统，其特征在于，包括，控制器、驱动模块、通信模块、姿态获取模块、图像获取模块和和声呐模块，驱动模块、通信模块、姿态获取模块和和声呐模块均与控制器相连，所述控制器根据通信模块接收到的航行命令和/或姿态获取模块获取的姿态数据，利用驱动模块调整无人船的航行姿态，所述图像获取模块与所述通信模块相连，所述通信模块将图像获取模块获取的图形信息转发至水上控制端，所述控制器利用声呐模块探测生物信息和/或地形信息。

2.根据权利要求1所述的水下无人船控制系统，其特征在于，所述控制器能够利用声呐模块和/或图像获取模块，确定探测生物的生物种类，根据探测生物的生物种类确定目标生物，并控制驱动模块对目标生物进行锁定。

3.根据权利要求1所述的水下无人船控制系统，其特征在于，所述声呐模块向特定方向发送声波，并接收反馈回来的声波反馈信号，将声波反馈信号进行滤波和A/D转换处理之后反馈给控制器。

4.根据权利要求3所述的水下无人船控制系统，其特征在于，所述控制器将声波反馈信号利用通信模块转发至水上控制端，水上控制端根据该声波反馈信号的反馈时间、衰减强度确定水下无人船所处水域的水深、鱼群的大小、鱼群所处水深。

5.根据权利要求1所述的水下无人船控制系统，其特征在于，所述控制器控制声呐模块进行寻鱼，并根据寻鱼结果确定目标水域，并利用驱动模块驱动水下无人船航行至目标水域；所述控制器控制所述声呐模块根据不同鱼类的喜好变换不同频率的声波进行集鱼。

6.根据权利要求1所述的水下无人船控制系统，其特征在于，所述图像获取模块包括摄像头和照明灯，所述摄像头设置在水下无人船的头部，所述照明灯设置在摄像头周围，为摄像头提供光照条件。

7.根据权利要求1所述的水下无人船控制系统，其特征在于，所述姿态获取模块设置在电路板上，包括，陀螺仪、加速度计和磁强计，所述姿态数据包括，所述陀螺仪检测的水下无人船的平衡数据、所述加速度计检测的水下无人船的加速度数据和磁强计检测的方位数据；

所述电路板上设有至少两个磁强计，所述至少两个磁强计重合堆叠放置或以电路板为对称平面对称设置在电路板两侧。

8.根据权利要求1所述的水下无人船控制系统，其特征在于，所述驱动模块包括，设置在水下无人船重心前方的垂直推进器、分别设置在水下无人船尾部两侧的水平推进器，其中，垂直推进器调整水下无人船的垂直方向的运动，两个水平推进器控制水下无人船的前进、后退和转弯。

9.一种水下无人船控制方法，用于权利要求1-8任一项所述的水下无人船控制系统，其特征在于，步骤包括：

S1，获取每个探测生物的图形信息；

S2，根据图形信息确定每个探测生物的生物种类，并从所有图形信息中确定目标生物；

S3，获取目标生物的位置信息，并对目标生物进行跟踪。

10.根据权利要求9所述的水下无人船控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

利用摄像头拍摄图片，从图片中抓取每个探测生物的图形信息；或者

利用声呐模块获取声呐信息，对声呐信息进行处理绘制成带有每个探测生物轮廓的图像，抓取每个探测生物的轮廓图像，将该轮廓图像作为每个探测生物的图形信息。