CN114739389B - 一种深海作业型缆控潜器水下导航装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海作业型缆控潜器水下导航装置及其使用方法，包括耐压电子舱，耐压电子舱上方安装有双轴云台，双轴云台上方安装有视觉定位模块；视觉定位模块的结构为：包括轴向水平贯通的壳体，壳体内沿着截面方向竖直安装有侧板，侧板一侧侧面上沿着圆周方向间隔安装有偶数个摄像头模组，位于侧板另一侧的壳体内安装有视觉信号处理板；偶数个摄像头模组共同对外部点光源进行成像，视觉信号处理板实时读取摄像头模组的成像信息并对外界点光源进行相对位置解算；通过综合运用多目视觉定位技术、云台控制技术和惯性导航技术，大大助力于实现特定海底作业区域长周期、高精度的导航定位。

Description

一种深海作业型缆控潜器水下导航装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水下导航定位技术领域，尤其是一种深海作业型缆控潜器水下导航装置及其使用方法。

背景技术

地球上海洋总面积约3.6亿平方公里，约占地球表面积的70.8％，且大部分区域都属于深海，因而使用缆控潜器(ROV)进行深海探索具有重要意义。ROV根据作业能力分为观测型和作业型，其中作业型ROV主要用于近海底观察、海底结构物安装及维修作业、海底资源开发、深海科考等，高精度导航定位能力是作业型ROV在深海海底完成精细作业任务或者精确运动控制的重要保障。

现有技术中，作业型ROV在水下实现精确定位和自主导航，主要依靠惯性导航设备、超短基线定位系统、多普勒计程仪、深度计、高度计等设备。

惯性导航设备可以提供全面的导航参数信息，包括位置、速度、航向、姿态角等参数，其导航结果连续稳定可靠，是一种全自主导航方式，但该导航方式的导航误差会随着时间累积，导致准确度降低；

超短基线定位系统是一套声学定位系统，主体部分安装在水面母船上，信标安装在作业型ROV上，水面母船通过超短基线定位系统可以测量出作业型ROV的相对位置，再将结果反馈给作业型ROV，但该定位方法有两个缺点：一是作用范围受限，作业型ROV需要工作在母船正下方才能得到精确定位信息，作业型ROV在海底的定位误差会随着水平偏离程度而增大，甚至无法定位；二是数据更新频率较低、数据存在滞后，并且定位精度会随着作业型ROV下潜深度的增加而降低；

多普勒计程仪、深度计和高度计分别提供载体的对地速度信息、深度信息和离底高度信息。

综上所述，深海作业型ROV在特定海底作业区域实现长周期、高精度导航定位的能力，还有所欠缺。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的深海作业型缆控潜器水下导航装置及其使用方法，从而综合运用多目视觉定位技术、云台控制技术和惯性导航技术，大大助力于实现在特定的海底作业区域长周期、高精度的导航定位。

本发明所采用的技术方案如下：

一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，包括耐压电子舱，所述耐压电子舱上方安装有双轴云台，双轴云台上方安装有视觉定位模块；

所述视觉定位模块的结构为：包括轴向水平贯通的壳体，壳体内沿着截面方向竖直安装有侧板，侧板一侧侧面上沿着圆周方向间隔安装有偶数个摄像头模组，位于侧板另一侧的壳体内安装有视觉信号处理板；偶数个摄像头模组共同对外部点光源进行成像，视觉信号处理板实时读取摄像头模组的成像信息并对点光源进行相对位置解算；

所述耐压电子舱内安装有光纤惯导。

作为上述技术方案的进一步改进：

位于侧板另一侧的壳体内安装有水平的层板，层板下方安装有MEMS航姿仪，由MEMS航姿仪实时测量视觉定位模块的航向及姿态角，层板上方安装有视觉信号处理板。

与摄像头模组相对应的壳体端部沿着周向安装有环形结构的前盖，前盖内侧配装有透明屏，摄像头模组透过透明屏向点光源取像；所述壳体另一端端部配装有后盖。

所述双轴云台向视觉定位模块提供水平方向内的周向转动和前后方向上的摆动两个自由度。

所述双轴云台的结构为：包括安装于耐压电子舱顶面上的支座，支座上方通过竖向转轴转动安装有T型结构的云台主体，云台主体水平臂内转动安装有水平转轴，端部向外伸出云台主体的水平转轴两端共同安装有倒置U型结构的衔接架，衔接架朝上的顶面上安装视觉定位模块；所述云台主体在动力驱动下以竖向转轴为轴向转动，水平转轴在另一动力驱动下以自身轴向转动。

所述耐压电子舱的结构为：包括与外部缆控潜器顶面固定安装的底座，底座上安装有舱体，舱体内部的上方安装有水平的支板，支板将舱体内部分隔成上下两个空间，上方空间内叠装有导航信号处理板和电源板，下方空间内安装有光纤惯导。

所述壳体的截面为多边形结构，贴合着壳体的各个边内侧中部设置摄像头模组。

所述摄像头模组处于同一平面内并具有相同的焦距，相对设置的两个摄像头模组构成一组解算单元，解算单元的数量为两组以上，解算单元之间间隔相同并相互间相差一个旋转角度。

一种所述的深海作业型缆控潜器水下导航装置的使用方法，包括如下步骤：

所述水下导航装置安装于缆控潜器顶端，缆控潜器通过柔性电缆与水面上的母船相连，缆控潜器和母船之间安装有超短基线定位系统；作业区域A位于母船正下方，作业区域B位于母船侧向并超出超短基线定位系统作用范围；

缆控潜器在母船正下方的作业区域A时，由超短基线定位系统对缆控潜器进行水下定位，并将位置信息经柔性电缆发送给缆控潜器，获得初始经纬度信息，并对水下导航装置中的光纤惯导进行初始对准；

对准完成后，水下导航装置进入导航工作状态，结合超短基线定位系统，实现光纤惯导-超短基线组合导航，缆控潜器在光纤惯导-超短基线组合导航模式下于作业区域A内完成对目标一的作业任务；

缆控潜器由作业区域A转移至作业区域B之前，由母船经过超短基线定位系统对缆控潜器的经纬度信息进行精确校准；由光纤惯导结合缆控潜器自带的多普勒计程仪，实现光纤惯导-多普勒计程仪组合导航，缆控潜器在光纤惯导-多普勒计程仪组合导航模式下从作业区域A航行转移至作业区域B处；

缆控潜器将点光源安装于作业区域B的高地顶部，并根据自身导航参数标记点光源的绝对位置；而后缆控潜器前往目标二或目标三进行作业，水下导航装置的视觉定位模块朝向点光源，使得点光源落在摄像头模组成像范围内，根据多个摄像头模组的成像信息综合解算出点光源的相对位置信息，再结合点光源绝对位置信息以及MEMS航姿仪、光纤惯导的测量结果，实现光纤惯导-多目视觉组合导航，实时解算水下导航装置的当前位置、速度以及姿态信息。

作为上述技术方案的进一步改进：

偶数个摄像头模组两两相对构成N对解算单元，将每对摄像头模组分别建立摄像头坐标系，则点光源的位置P(x_c，y_c，z_c)在第i对摄像头坐标系下的坐标值为：

其中，B是基线距离，f是焦距，

是左侧摄像头模组成像中P点对应的横坐标，

是右侧摄像头模组成像中P点对应的横坐标，Yⁱ为摄像头模组成像中P点对应的纵坐标；

将其中一对摄像头模组的摄像头坐标系作为视觉定位模块的坐标系，相邻摄像头坐标系之间相差一个旋转角，则点光源的位置在视觉定位模块的坐标系中的解算坐标值为：

从而获得视觉定位模块对点光源的相对位置解算。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过融合多目视觉定位技术与云台控制技术、惯性导航技术的水下导航装置，使得作业型ROV能够在特定海底作业区域实现长周期、高精度导航定位功能，还能够降低ROV航向及姿态变化对视觉定位的影响，增强上述导航性能的鲁棒性；

本发明提出了一种多目视觉定位技术方案，通过各向摄像头模组交错成像，平衡掉点光源亮斑质心估计偏差，从而可有效降低外界点光源相对位置解算偏差，提高视觉定位的精度；

本发明的水下导航装置可以通过双轴云台来转动视觉定位模块，从而增大视场范围，减少视觉盲区，极大地助力于保障视觉定位模块在绝大部分时间的稳定可靠输出；

本发明的水下导航装置可以通过将光纤惯导的导航参数信息、外界点光源相对位置解算结果、多目视觉定位模块的航向及姿态信息进行信息融合，从而实时解算出该装置的位置、速度、航向、姿态等导航参数；并且由于光纤惯导的累积误差可以根据视觉定位的结果得到修正，而多目视觉定位因突发光源干扰而导致的数据大幅跳变的问题也可以依靠光纤惯导的助力得到解决，因此该解算结果将优于单纯的依靠惯性导航技术或者单纯的依靠多目视觉定位技术来完成导航参数解算的结果，其导航定位误差不随时间发散且定位鲁棒性好，适用于长周期、高精度导航。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明视觉定位模块的爆炸图。

图3为本发明视觉定位模块的爆炸图(另一视角)。

图4为本发明双轴云台的结构示意图。

图5为本发明耐压电子舱的剖视图。

图6为本发明在使用状态时的示意图。

图7为本发明视觉定位模块中单组摄像头模组摄像解算示意图。

其中：1、视觉定位模块；2、双轴云台；3、耐压电子舱；

10、层板；11、后盖；12、壳体；13、底板；14、前盖；15、透明屏；16、侧板；17、摄像头模组；18、视觉信号处理板；19、MEMS航姿仪；

21、支座；22、竖向转轴；23、云台主体；24、水平转轴；25、衔接架；

31、底座；32、光纤惯导；33、舱体；34、导航信号处理板；35、电源板；36、支板；

81、母船；82、柔性电缆；83、目标一；84、水下导航装置；85、缆控潜器；86、点光源；87、高地；88、目标二；89、目标三。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，包括耐压电子舱3，耐压电子舱3上方安装有双轴云台2，双轴云台2上方安装有视觉定位模块1；

如图2和图3所示，视觉定位模块1的结构为：包括轴向水平贯通的壳体12，壳体12内沿着截面方向竖直安装有侧板16，侧板16一侧侧面上沿着圆周方向间隔安装有偶数个摄像头模组17，位于侧板16另一侧的壳体12内安装有视觉信号处理板18；偶数个摄像头模组17共同对外部点光源86进行取像，视觉信号处理板18实时读取摄像头模组17的视频信息并对点光源86进行相对位置解算；

耐压电子舱3内安装有光纤惯导32。

本实施例中，水下导航装置可以通过双轴云台2来转动视觉定位模块1，从而增大视场范围，减少视觉盲区，极大地助力于保障视觉定位模块1在绝大部分时间的稳定可靠输出。

位于侧板16另一侧的壳体12内安装有水平的层板10，层板10下方安装有MEMS航姿仪19，由MEMS航姿仪19实时测量视觉定位模块1的航向及姿态角并将测量结果发送至耐压电子舱3中的导航信号处理板34，层板10上方安装有视觉信号处理板18。

本实施例中，视觉定位模块1中通过摄像头模组17来测量外部点光源86相对于该视觉定位模块1的相对位置，通过MEMS航姿仪19感知自身航向和姿态角信息，通过视觉信号处理板18与耐压电子舱3中的导航信号处理板34进行信息交互，并将上述相对位置信息和航向、姿态角信息发送至耐压电子舱3。

本实施例中，经视觉信号处理板18控制向摄像头模组17供电并实时读取摄像头模组17的视频信息，根据解算单元进行点光源86的相对位置解算，并将解算信息发送给耐压电子舱3中的导航信号处理板34。

与摄像头模组17相对应的壳体12端部沿着周向安装有环形结构的前盖14，前盖14内侧配装有透明屏15，摄像头模组17透过透明屏15向点光源86取像；壳体12另一端端部配装有后盖11。

壳体12底面向两侧延伸有底板13，通过底板13锁装于双轴云台2的顶面上。

双轴云台2向视觉定位模块1提供水平方向内的周向转动和前后方向上的摆动两个自由度。

如图4所示，双轴云台2的结构为：包括安装于耐压电子舱3顶面上的支座21，支座21上方通过竖向转轴22转动安装有T型结构的云台主体23，云台主体23水平臂内转动安装有水平转轴24，端部向外伸出云台主体23的水平转轴24两端共同安装有倒置U型结构的衔接架25，衔接架25朝上的顶面上安装视觉定位模块1；云台主体23在动力驱动下以竖向转轴22为轴向转动，水平转轴24在另一动力驱动下以自身轴向转动。

如图5所示，耐压电子舱3的结构为：包括与外部缆控潜器85顶面固定安装的底座31，底座31上安装有舱体33，舱体33内部的上方安装有水平的支板36，支板36将舱体33内部分隔成上下两个空间，上方空间内叠装有导航信号处理板34和电源板35，下方空间内安装有光纤惯导32。

本实施例中，耐压电子舱3与视觉定位模块1、双轴云台2进行信息交互，实现双轴云台2的转动控制，并根据光纤惯导32的测量参数和视觉定位模块1的测量参数进行综合导航解算，并向外部如缆控潜器85、母船81等输出导航参数。

本实施例中，电源板35与外部电源相连接，为水下导航装置的运行供电，包括但不限于导航信号处理板34、光纤惯导32、双轴云台2、视觉信号处理板18、MEMS航姿仪19等供电。

本实施例中，导航信号处理板34用于导航装置内部各模块之间、以及内部与外部之间信息的交互，包括：一是用于与外界设备进行信息交互；二是用于接收视觉信号处理板18、MEMS航姿仪19和光纤惯导32的测量参数信息，完成综合导航解算；三是用于向水下双轴云台2发送控制指令；四是用于向光纤惯导32转发由外界设备提供的初始位置校准信息。

本实施例中，光纤惯导32根据自身内部测量传感器和导航信号处理板34提供的初始位置校准信息完成初始对准，然后进行导航解算，并将解算出来的导航参数实时发送给导航信号处理板34。

壳体12的截面为多边形结构，贴合着壳体12的各个边设置摄像头模组17。

摄像头模组17处于同一平面内并具有相同的焦距，相对设置的两个摄像头模组17构成一组解算单元，解算单元的数量为两组以上，解算单元之间间隔相同并相互间相差一个旋转角度，每组解算单元中的摄像头模组17具有相同的基线距离。

本实施例中，通过融合多目视觉定位技术与云台控制技术、惯性导航技术的水下导航装置，使得作业型ROV能够在特定海底作业区域实现长周期、高精度导航定位功能，还能够降低ROV航向及姿态变化对视觉定位的影响，增强上述导航性能的鲁棒性。

本实施例中，摄像头模组17的数量为六个，均匀布置于六边形结果的壳体12相应边的内侧，两两相对构成三组解算单元。

双目视觉定位原理是先根据两幅图像来获取外界点光源沿基线方向的视差参数，再计算外界点光源的深度信息，最后解算出外界点光源的相对位置坐标；然而，点光源在图像中往往呈现为一个亮斑，其质心位置需要根据这个亮斑来估算，在某些情况下会在不同方向表现出不同的估计偏差，故视差参数可能会在某些方向存在固定的偏差，最终导致外界点光源相对位置的解算产生偏差。因此，在本发明中，通过四个以上摄像头模组17构成多目视觉定位，尤其是由六个摄像头模组17构成六目视觉定位模块1，该模块由三个不同基线方向的双目视觉单元组成，通过各个解算值得综合来减少上述固定偏差，进而提高视觉定位的精度。

从平衡偏差的角度考虑，基线方向越多对减少偏差越有利，但也会导致视觉定位模块1的尺寸增大，而水下导航装置尺寸有限，因此较优设计为六目视觉。

本实施例的深海作业型缆控潜器水下导航装置的使用方法，包括如下步骤：

如图6所示，水下导航装置84安装于缆控潜器85顶端，缆控潜器85通过柔性电缆82与水面上的母船81相连，母船81上安装有超短基线定位系统；作业区域A位于母船81正下方，作业区域B位于母船81侧向并超出超短基线定位系统作用范围；

缆控潜器85在母船81正下方的作业区域A时，由超短基线定位系统对缆控潜器85进行水下定位，并将位置信息经柔性电缆82发送给缆控潜器85，获得初始经纬度信息，并对水下导航装置84中的光纤惯导32进行初始对准；

对准完成后，水下导航装置84进入导航工作状态，结合超短基线定位系统，实现光纤惯导32-超短基线组合导航，缆控潜器85在光纤惯导32-超短基线组合导航模式下于作业区域A内完成对目标一83的作业任务；

缆控潜器85由作业区域A转移至作业区域B之前，由母船81经过超短基线定位系统对缆控潜器85的经纬度信息进行精确校准；由光纤惯导32结合缆控潜器85自带的多普勒计程仪，实现光纤惯导32-多普勒计程仪组合导航，缆控潜器85在光纤惯导32-多普勒计程仪组合导航模式下从作业区域A航行转移至作业区域B处；

本实施例中，多普勒计程仪是缆控潜器85的常规配置，主要用于自身测速作用。

缆控潜器85将点光源86安装于作业区域B的高地87顶部，并根据自身导航参数标记点光源86绝对位置；而后缆控潜器85前往目标二88或目标三89进行作业，水下导航装置84的视觉定位模块1朝向点光源86，使得点光源86落在摄像头模组17成像范围内，根据多个摄像头模组17的成像信息综合解算出点光源86的相对位置信息，再结合点光源86绝对位置信息以及MEMS航姿仪19、光纤惯导32的测量结果，实现光纤惯导32-多目视觉组合导航，实时解算水下导航装置84的当前位置、速度以及姿态信息。

为了保证使用的顺利和可靠性，高地87的高度高于目标二88和目标三89，高地87以作业区域B中较高标的为佳。

本实施例中，深海作业型缆控潜器水下导航装置的使用方法中有四种典型工作状态:1)初始对准；2)光纤惯导-超短基线组合导航；3)光纤惯导-多普勒计程仪组合导航；4)光纤惯导-多目视觉组合导航；其中，初始对准是必要的，因为只有经过这个过程才可以让装置进入导航工作状态；光纤惯导-超短基线组合导航模式主要用于母船下方的作业区域A,此时缆控潜器在超短基线定位系统作用范围内；光纤惯导-多普勒计程仪组合导航模式主要用于作业区域转移阶段；光纤惯导-多目视觉组合导航模式主要用于作业区域B，此时缆控潜器不在超短基线作用范围。

当缆控潜器85在海底目标二88左侧作业时，需要将水下导航装置84的多目视觉定位模块1旋转180度，即让摄像头模组17的镜头朝向缆控潜器85的后方，使点光源86落在摄像头的成像范围内，然后根据视觉定位信息、视觉模块航姿信息、光纤惯导32的导航信息综合解算出水下导航装置84的位置、速度及姿态等导航参数；当缆控潜器85在海底目标二88右侧作业时，又需要将水下导航装置84的多目视觉定位模块1旋转回原位，即让摄像头模组17镜头朝向缆控潜器85的前方，同样使点光源86落在摄像头的成像范围内，根据多个摄像头模组17的成像信息综合解算出点光源86的相对位置信息，再结合点光源86绝对位置信息以及MEMS航姿仪19、光纤惯导32的测量结果，实现光纤惯导32-多目视觉组合导航，实时解算水下导航装置84的当前位置、速度以及姿态信息。

水下导航装置84固定安装在缆控潜器85顶部，与缆控潜器85的导航参数仅相差一个已知的安装位置偏差，故该水下导航装置84的相应参数经简单换算即可得到缆控潜器85的导航参数。

本实施例中，水下导航装置可以通过将光纤惯导32的导航参数信息、外界点光源86相对位置解算结果、多目视觉定位模块1的航向及姿态信息进行信息融合，从而实时解算出该装置的位置、速度、航向、姿态等导航参数；并且由于光纤惯导32的累积误差可以根据视觉定位的结果得到修正，而多目视觉定位因突发光源干扰而导致的数据大幅跳变的问题也可以依靠光纤惯导32的助力得到解决，因此该解算结果将优于单纯的依靠惯性导航技术或者单纯的依靠多目视觉定位技术来完成导航参数解算的结果，其导航定位误差不随时间发散且定位鲁棒性好。

本实施例中，当没有布放点光源86时，缆控潜器85在大地坐标系下的绝对位置直接由光纤惯导32提供绝对位置来确定：光纤惯导32自身的导航参数结合光纤惯导32在载体坐标系下的相对位置，可直接换算出缆控潜器85的绝对位置信息；若将光纤惯导32设备坐标系直接定义为缆控潜器85载体坐标系(两坐标系相重合)，则光纤惯导32的绝对位置就是缆控潜器85的绝对位置。

当布放了点光源86以后，则缆控潜器85的绝对位置通过如下思路解算：

第一步，确定点光源86的绝对位置信息——在点光源86布放处，根据光纤惯导32的导航参数直接标定点光源86在大地坐标系下的绝对位置信息；

第二步，确定视觉定位模块1在大地坐标系下的坐标——在航行及作业过程中，视觉定位模块1可以根据点光源86的绝对位置信息、点光源86在视觉定位模块1坐标系下的相对位置解算结果、视觉定位模块1自身的航姿信息(由MEMS航姿仪19实时测量)，直接解算出视觉定位模块1的绝对位置信息；

第三步，确定缆控潜器85在大地坐标系下的粗略坐标——缆控潜器85可以根据视觉定位模块1的绝对位置信息、视觉定位模块1在缆控潜器85载体坐标系下的坐标、缆控潜器85自身的航姿信息(由光纤惯导32实时测量)，直接解算出缆控潜器85的绝对位置信息；

第四步，确定缆控潜器85在大地坐标系下的精确坐标——将上一步计算出的缆控潜器85绝对位置信息和光纤惯导32的导航参数信息、光纤惯导32在缆控潜器85坐标系下的坐标相结合，实现光纤惯导32-多目视觉组合导航，最终可以更加精确地解算出缆控潜器85在大地坐标系下的绝对位置信息和其他导航参数。

偶数个摄像头模组17两两相对构成N对解算单元，如图7所示，将每对摄像头模组17分别建立摄像头坐标系，则点光源86的位置P(x_c，y_c，z_c)在第i对摄像头坐标系下的坐标值为：

其中，B是基线距离，f是焦距，

是左侧摄像头模组17成像中P点对应的横坐标，

是右侧摄像头模组17成像中P点对应的横坐标，Yⁱ为摄像头模组17成像中P点对应的纵坐标；

将其中一对摄像头模组17的摄像头坐标系作为视觉定位模块1的坐标系，即两组坐标系重合，相邻摄像头坐标系之间相差一个旋转角，则点光源86的位置在视觉定位模块1的坐标系中的解算坐标值为：

从而获得视觉定位模块1对点光源86的相对位置解算。

本发明综合运用多目视觉定位技术、云台控制技术和惯性导航技术，大大助力于实现在特定的海底作业区域长周期、高精度的导航定位。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，包括耐压电子舱（3），其特征在于：所述耐压电子舱（3）上方安装有双轴云台（2），双轴云台（2）上方安装有视觉定位模块（1）；

所述视觉定位模块（1）的结构为：包括轴向水平贯通的壳体（12），壳体（12）内沿着截面方向竖直安装有侧板（16），侧板（16）一侧侧面上沿着圆周方向间隔安装有偶数个摄像头模组（17），位于侧板（16）另一侧的壳体（12）内安装有视觉信号处理板（18）；偶数个摄像头模组（17）共同对外部点光源（86）进行成像，视觉信号处理板（18）实时读取摄像头模组（17）的成像信息并对点光源（86）进行相对位置解算；

所述耐压电子舱（3）内安装有光纤惯导（32）；

所述耐压电子舱（3）的结构为：包括与外部缆控潜器（85）顶面固定安装的底座（31），底座（31）上安装有舱体（33），舱体（33）内部的上方安装有水平的支板（36），支板（36）将舱体（33）内部分隔成上下两个空间，上方空间内叠装有导航信号处理板（34）和电源板（35），下方空间内安装有光纤惯导（32）；

一种所述的深海作业型缆控潜器水下导航装置的使用方法，包括如下步骤：

所述水下导航装置（84）安装于缆控潜器（85）顶端，缆控潜器（85）通过柔性电缆（82）与水面上的母船（81）相连，母船（81）上安装有超短基线定位系统；作业区域A位于母船（81）正下方，作业区域B位于母船（81）侧向并超出超短基线定位系统作用范围；

缆控潜器（85）在母船（81）正下方的作业区域A时，由超短基线定位系统对缆控潜器（85）进行水下定位，并将位置信息经柔性电缆（82）发送给缆控潜器（85），获得初始经纬度信息，并对水下导航装置（84）中的光纤惯导（32）进行初始对准；

对准完成后，水下导航装置（84）进入导航工作状态，结合超短基线定位系统，实现光纤惯导（32）-超短基线组合导航，缆控潜器（85）在光纤惯导（32）-超短基线组合导航模式下于作业区域A内完成对目标一（83）的作业任务；

缆控潜器（85）由作业区域A转移至作业区域B之前，由母船（81）经过超短基线定位系统对缆控潜器（85）的经纬度信息进行精确校准；由光纤惯导（32）结合缆控潜器（85）自带的多普勒计程仪，实现光纤惯导（32）-多普勒计程仪组合导航，缆控潜器（85）在光纤惯导（32）-多普勒计程仪组合导航模式下从作业区域A航行转移至作业区域B处；

缆控潜器（85）将点光源（86）安装于作业区域B的高地（87）顶部，并根据自身导航参数标记点光源（86）的绝对位置；而后缆控潜器（85）前往目标二（88）或目标三（89）进行作业，水下导航装置（84）的视觉定位模块（1）朝向点光源（86），使得点光源（86）落在摄像头模组（17）成像范围内，根据多个摄像头模组（17）的成像信息综合解算出点光源（86）的相对位置信息，再结合点光源（86）绝对位置信息以及MEMS航姿仪（19）、光纤惯导（32）的测量结果，实现光纤惯导（32）-多目视觉组合导航，实时解算水下导航装置（84）的当前位置、速度以及姿态信息。

2.如权利要求1所述的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，其特征在于：位于侧板（16）另一侧的壳体（12）内安装有水平的层板（10），层板（10）下方安装有MEMS航姿仪（19），由MEMS航姿仪（19）实时测量视觉定位模块（1）的航向及姿态角，层板（10）上方安装有视觉信号处理板（18）。

3.如权利要求1所述的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，其特征在于：与摄像头模组（17）相对应的壳体（12）端部沿着周向安装有环形结构的前盖（14），前盖（14）内侧配装有透明屏（15），摄像头模组（17）透过透明屏（15）向点光源（86）取像；所述壳体（12）另一端端部配装有后盖（11）。

4.如权利要求1所述的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，其特征在于：所述双轴云台（2）向视觉定位模块（1）提供水平方向内的周向转动和前后方向上的摆动两个自由度。

5.如权利要求4所述的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，其特征在于：所述双轴云台（2）的结构为：包括安装于耐压电子舱（3）顶面上的支座（21），支座（21）上方通过竖向转轴（22）转动安装有T型结构的云台主体（23），云台主体（23）水平臂内转动安装有水平转轴（24），端部向外伸出云台主体（23）的水平转轴（24）两端共同安装有倒置U型结构的衔接架（25），衔接架（25）朝上的顶面上安装视觉定位模块（1）；所述云台主体（23）在动力驱动下以竖向转轴（22）为轴向转动，水平转轴（24）在另一动力驱动下以自身轴向转动。

6.如权利要求1所述的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，其特征在于：所述壳体（12）的截面为多边形结构，贴合着壳体（12）的各个边设置摄像头模组（17）。

7.如权利要求1所述的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，其特征在于：所述摄像头模组（17）处于同一平面内并具有相同的焦距，相对设置的两个摄像头模组（17）构成一组解算单元，解算单元的数量为两组以上，解算单元之间间隔相同并相互间相差一个旋转角度。

8.如权利要求1所述的一种深海作业型缆控潜器水下导航装置，其特征在于：偶数个摄像头模组（17）两两相对构成N对解算单元，将每对摄像头模组（17）分别建立摄像头坐标系，则点光源（86）的位置P（x _c ，y _c ，z _c）在第i对摄像头坐标系下的坐标值为：

其中，B是基线距离，f是焦距，

是左侧摄像头模组（17）成像中P点对应的横坐标，

是右侧摄像头模组（17）成像中P点对应的横坐标，/>

为摄像头模组（17）成像中P点对应的纵坐标；

将其中一对摄像头模组（17）的摄像头坐标系作为视觉定位模块（1）的坐标系，相邻摄像头坐标系之间相差一个旋转角，则点光源（86）的位置在视觉定位模块（1）的坐标系中的解算坐标值为：

从而获得视觉定位模块（1）对点光源（86）的相对位置解算。

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