基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统技术方案

基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统，它属于水下无人机导航算法调试技术领域。本发明专利技术解决了传统调试方法的调试效率低的问题。本发明专利技术提出的基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统能够在水下试验过程中记录各传感器数据并时标化存储，并在算法调试过程中能够脱离真实水下环境，采用基于实测数据的回放进行算法仿真和数据分析，提高了调试效率，并降低了人力物力成本，为水下组合导航的算法开发和调试工作提供了崭新的思路和高效的工具。本发明专利技术方法可以应用于水下无人机导航算法调试。导航算法调试。导航算法调试。

【技术实现步骤摘要】
基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统


[0001]本专利技术属于水下无人机导航算法调试
，具体涉及一种基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统。

技术介绍

[0002]占据地球表面积约71％的海洋中蕴含着丰富的生物、矿产资源，而随着人类社会的飞速发展，对海洋资源的开发与利用已经成为各国的迫切需求。水下地形环境的勘探检测、油气矿产的开采挖掘、管线装备的铺设建造以及货物人员的运输转移都对水下导航技术有着极高要求，水下导航技术对于人类探索海洋至关重要。
[0003]目前在水下导航领域，主要包括基于加速度和陀螺仪的惯性导航，基于声学信标阵的声学导航，基于地形和地磁的地球物理导航，同时各类水下传感器例如深度计、多普勒测速仪、声纳、水下摄像机等都为水下导航提供了丰富的数据信息。单一的导航方式往往具有局限性，无法稳定而准确的为水下设备提供导航定位信息，引入多种传感器进行水下组合导航，将各类传感器数据进行综合，保留各导航方式的优点，弥补各自缺点，是水下导航技术的关键点。
[0004]水下组合导航由于结合了多种传感器设备，各传感器的装配、噪声以及导航算法参数均需要进行不断调试才能达到最佳效果。在传统调试过程中，需要进行多次水下试验并随船不断调试修改，人力物力消耗巨大且算法调试效率极低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为解决传统调试方法的调试效率低的问题，而提出的一种基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0007]基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统，所述系统包括嵌入式运行模块、仿真运行模块和数据分析模块，其中：
[0008]所述嵌入式运行模块嵌入在水下无人机的导航计算机中，嵌入式运行模块包括导航解算单元、上位机、传感器和存储板；
[0009]所述导航解算单元接收传感器数据和上位机发送的操作指令，并向上位机传输反馈响应信息数据；导航解算单元根据导航算法初始参数对接收的传感器数据和上位机数据进行导航解算，并将导航解算结果输出；
[0010]存储板用于对传感器数据、上位机数据、导航解算结果数据和对上位机的反馈响应信息数据进行时标化存储，生成实测数据文件；
[0011]所述仿真运行模块嵌入在仿真计算机中，仿真运行模块读取嵌入式运行模块中存储板生成的实测数据文件，并对实测数据文件进行解析，获得解析出来的实测数据，并将解析出来的实测数据以传输给数据分析模块；
[0012]仿真运行模块根据解析出来的实测数据和导航算法参数生成仿真数据文件，并将
仿真数据文件传输给数据分析模块；
[0013]所述数据分析模块根据实测数据文件、嵌入式运行模块的导航解算结果、仿真运行模块解析出来的实测数据和仿真数据文件来分析仿真效果是否达到要求，若达到要求，则结束调试过程，否则不断修正仿真运行模块的导航算法参数后，进行重新仿真，直至仿真效果达到要求时调试过程结束。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术提出的基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统能够在水下试验过程中记录各传感器数据并时标化存储，并在算法调试过程中能够脱离真实水下环境，采用基于实测数据的回放进行算法仿真和数据分析，提高了调试效率，并降低了人力物力成本，为水下组合导航的算法开发和调试工作提供了崭新的思路和高效的工具。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0017]图1为本专利技术的基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统的结构示意图；
[0018]图2为嵌入式运行模块的工作流程图；
[0019]图3为嵌入式运行模块的系统结构图；
[0020]图4为嵌入式运行模块中实测数据存储流程图；
[0021]图5为时标化输入数据的流程图；
[0022]图6为仿真运行模块的工作流程图；
[0023]图7为调试算法的流程图；
[0024]图8为仿真运行模块下数据回放流程图；
[0025]图9为数据分析模块的工作流程图；
[0026]图10为调试系统的工作流程图；
[0027]图11为实测数据文件ASCII显示模式的示意图；
[0028]图12为实测数据文件Hex显示模式的示意图；
[0029]图13为罗经航向角数据的示意图；
[0030]图14为DVL三轴速度数据的示意图；
[0031]图15为USBL定位数据的示意图；
[0032]图16为嵌入式运行模式轨迹的示意图；
[0033]图17为导航算法在第一组参数下运行的结果图；
[0034]图18为导航算法在第二组参数下运行的结果图。
具体实施方式
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0036]具体实施方式一、结合图1、图2、图3、图6和图7说明本实施方式。本实施方式所述的一种基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统，所述系统包括嵌入式运行模
块、仿真运行模块和数据分析模块，其中：
[0037]所述嵌入式运行模块嵌入在水下无人机的导航计算机中，嵌入式运行模块包括导航解算单元、上位机、传感器和存储板；
[0038]所述导航解算单元接收传感器数据和上位机发送的操作指令，并向上位机传输反馈响应信息数据；导航解算单元根据导航算法初始参数对接收的传感器数据和上位机数据进行导航解算，并将导航解算结果输出；
[0039]存储板用于对传感器数据、上位机数据、导航解算结果数据和对上位机的反馈响应信息数据进行时标化存储，生成实测数据文件；
[0040]所述仿真运行模块嵌入在仿真计算机中，仿真运行模块读取嵌入式运行模块中存储板生成的实测数据文件，并对实测数据文件进行解析，获得解析出来的实测数据，并将解析出来的实测数据以txt文件形式传输给数据分析模块；
[0041]仿真运行模块根据解析出来的实测数据和导航算法参数生成仿真数据文件，并将仿真数据文件传输给数据分析模块；
[0042]所述数据分析模块根据实测数据文件、嵌入式运行模块的导航解算结果、仿真运行模块解析出来的实测数据和仿真数据文件来分析仿真效果是否达到要求，若达到要求，则结束调试过程，否则不断修正仿真运行模块的导航算法参数后，进行重新仿真，直至仿真效果达到要求时调试过程结束。
[0043]如图9所示，数据分析模块的输入为仿真运行模式下输出的原始数据文件和仿真数据文件。其中，原始数据文件是对实测数据文件中传感器数据和默认反馈数据的解析，是对嵌入式运行模式的数据复现；仿真数据是依据实测数据文件中传感器数据和指令数据的回放进行模拟仿真后的输出，是算法调试仿真的结果。
[0044]在原始数据文件驱动下，数据分析平台主要对嵌入式运行模式下存储的各种信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统，其特征在于，所述系统包括嵌入式运行模块、仿真运行模块和数据分析模块，其中：所述嵌入式运行模块嵌入在水下无人机的导航计算机中，嵌入式运行模块包括导航解算单元、上位机、传感器和存储板；所述导航解算单元接收传感器数据和上位机发送的操作指令，并向上位机传输反馈响应信息数据；导航解算单元根据导航算法初始参数对接收的传感器数据和上位机数据进行导航解算，并将导航解算结果输出；存储板用于对传感器数据、上位机数据、导航解算结果数据和对上位机的反馈响应信息数据进行时标化存储，生成实测数据文件；所述仿真运行模块嵌入在仿真计算机中，仿真运行模块读取嵌入式运行模块中存储板生成的实测数据文件，并对实测数据文件进行解析，获得解析出来的实测数据，并将解析出来的实测数据传输给数据分析模块；仿真运行模块根据解析出来的实测数据和导航算法参数生成仿真数据文件，并将仿真数据文件传输给数据分析模块；所述数据分析模块根据实测数据文件、嵌入式运行模块的导航解算结果、仿真运行模块解析出来的实测数据和仿真数据文件来分析仿真效果是否达到要求，若达到要求，则结束调试过程，否则不断修正仿真运行模块的导航算法参数后，进行重新仿真，直至仿真效果达到要求时调试过程结束。2.根据权利要求1所述的一种基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统，其特征在于，所述传感器数据包括罗经数据、DVL数据、USBL数据深度计数据、GPS数据和INS数据，所述上位机发送的操作指令包括算法复位、模式切换和参数赋值，所述导航算法初始参数包括量测噪声、过程噪声、状态变量和协方差阵初始值。3.根据权利要求2所述的一种基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统，其特征在于，所述导航解算单元通过网络接口以UDP方式接收传感器数据和上位机发送的操作指令。4.根据权利要求3所述的一种基于实测数据回放的水下无人机导航算法调试系统，其特征在于，所述存储板进行时标化存储的具体流程为：步骤a、读取系统参数文件，并对系统参数文件进行解析以获取系统参数；步骤b、系统时间更新系统时间在导航解算单元上电时被初始化为零，并在系统运行周期对系统时间进行累加；步骤c、系统输入判断判断当前时刻导航解算单元的各输入队列有无新的有效数据，当有新的有效数据时，将系统输出标志位置位，跳转至步骤d将新的有效数据进行时标化后，再接着执行步骤e；当无新的有效数据时，则直接跳转至步骤e；步骤d、时标化输入数据根据系统参数，依次对各传感器的数据和上位机操作指令数据进行时标化；步骤e、根据系统参数、传感器数据和上位机操作指令数据进行导航解算，获得导航解算结果；
步骤f、系统输出判断根据系统输出频率和系统输出标志位置位判断当前周期是否进行数据输出，当有系统输入或者到达系统默认的输出周期时，则进入步骤g对系统状态进行时标化存储；否则，跳转至步骤h；步骤g、对系统参数、反馈响应信息数据和导航解算结果数据进行时标化，将时标化后的系统参数、传感器数据、上位机操作指令数据、反馈响应信息数据和导航解算结果数据进行组合，并通过UDP端口输出至存储板，由存储板以追加写的形式生成实测数据文件；步骤h、系统结束标志判断判断导航解算单元的导航程序是否结束运行，若导航程序正常运行，则重复步骤b到步骤g的过程；若导航程序结束运行，则终止实测数据存储流程。5.根据权利要求4所述的一种基于实测数据回放的水下无人机导航算...

【专利技术属性】
技术研发人员：张舸，伊国兴，魏振楠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：